一种前后台结合的SAR ADC的校准算法

提出了一种数字前台校准技术,即电容重组技术,并将该技术与LMS数字后台校准技术相结合,提高了LMS算法的收敛速度。提出的算法使用RC混合结构的14位SAR ADC进行建模。仿真结果表明,LMS算法的收敛速度可以提高到1 k个转换周期内,同时校准后ADC的ENOB平均值从10.59 bit提高到13.79 bit。SFDR平均值从71.33 dB提高到112.93 dB,DNL最大值的平均值从1.88 LSB提高到0.97 LSB。INL最大值的平均值从8.01 LSB提高到0.88 LSB。     

一种基于扰动的SAR ADC数字校准算法

为了减少分段式电容阵列ADC中分段电容引起的电容失配效应对转换精度的影响,采用最小均方根(LMS)迭代方法,实现了一种基于扰动的逐次逼近型(SAR)ADC数字前台校准算法。对同一个模拟输入信号先后加入作为扰动的模拟失调电压+Δd和-Δd,依次进行量化。使用LMS对两次量化结果进行加权迭代,得到最佳权重,实现了对ADC的校准。针对电容失配效应、寄生电容效应的影响,搭建了14位SAR ADC数模混合仿真验证系统。仿真结果表明,该校准算法将系统的无杂散动态范围(SFDR)从62.6 dB提升到87.7 dB。     

一种差分结构SAR ADC的数字校准算法

介绍了一种适用于差分结构逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）的数字校准算法,并在MATLAB平台上搭建了16位SAR ADC的行为级模型对其进行验证。设计的主DAC采用两段式加差分结构电容阵列,从而大幅度缩小了电路面积。在自校准算法的基础上,提出了一种高精度校准DAC的设计方法,此方法可以量化出极小的误差电压,并具备差分结构的校准功能。经电路验证,校准DAC的量程能达到-6.97mV～6.97mV,精度能达到27.4uV,最终的测试结果表明,ADC的有效位可达到14.92位。     

基于亚稳态检测的SAR ADC电容失配校准算法

随着工艺进程的不断推进,逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)的电容失配对整体电路的速度和精度影响越来越大。针对SAR ADC中电容失配的问题,提出一种基于亚稳态检测的SAR ADC电容失配校准算法,在不增加模拟电路时序复杂度的情况下,有效地解决了电容失配导致的SAR ADC精度不足问题。将该算法运用于12 bit 150 MS/s SAR ADC中,模拟结果表明,有效位数(Enob)可以达到11.93 bit,无杂散动态范围(SFDR)达到92.66 dB。     

一种精度可编程的低功耗SAR ADC

设计了一种精度可编程的低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。采用电阻电容混合结构的数模转换(DAC)阵列,通过对低位电阻阵列的编程控制,实现了12,0,8位的转换精度,对应不同的精度,电路支持1,5,10 MS/s的转换速率。采用一种改进的单调开关控制逻辑以降低功耗和面积,同时避免了原有单调开关逻辑存在信号馈通的缺点。根据不同的精度要求,对比较器所用预放大器的个数进行编程控制,进一步提高了ADC的功耗效率。电路基于0.18 μm的CMOS工艺设计,在1.8 V电源电压下,精度从高到低对应的功耗分别为0.56,0.48,0.42 mW;SNDR分别为73.2,61.3,48.2 dB;SFDR分别为96.3,84.6,62.8 dB。芯片内核面积仅为(0.6×0.9)mm²,适用于通用片上系统(SoC)。     

应用于SAR ADC的高能效电容开关转换方案

针对逐次逼近型模数转换器,提出了一种新型高能效的电容开关转换方案。在前3个比较周期内,该新型电容开关不消耗转换功耗。从第4个比较周期开始,采用了拆分电容技术、单边双电平转换技术,使得一侧的电容只在2个参考电压Vcm与地之间进行切换,进一步节省了功耗。仿真结果表明,与传统电容阵列相比,该新型电容开关的转换功耗降低了99.23%,总电容面积减小了75%。微分非线性为0.162 LSB,积分非线性为0.163 LSB。     

基于数字自校准的14位SAR ADC的设计

为了降低电容型模数转换器（ADC）中的电容失配带来的非线性影响,提出了一种基于复用低位电容自校准的逐次逼近型（SAR）ADC电路结构,利用低位电容转化高位电容失配引起的误差电压,实现高位电容失配校准。在55 nm CMOS工艺下实现了该ADC结构。该结构ADC工作过程为失调误差提取与正常转换两阶段,失调误差提取阶段中利用低位电容将高位电容失配产生的误差电压转换为误差码并存储,将误差码与正常转化数字码求和得到最终的数字输出,实现电容失配自校准。为了提高ADC采样速率,该结构通过分段结构将电容阵列分为三段降低了单位电容数量。仿真结果表明,在1.2V电源电压,80 MSPS采样速率下,引入电容失配后电路功耗为3.72 m W,有效位数为13.45 bit,信噪失真比（SNDR）为82.75 dB,相比未校准分别提高4.41 bit,26.58 dB。     

一种二进制缩放重组电容加权SAR ADC

基于TSMC 180 nm CMOS工艺,设计了一款12位100 KS/s低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC).为克服高精度下比较器失调与参考电压抖动对SAR ADC性能的影响,采用二进制缩放重组的方法实现电容加权,提高了SAR ADC的性能.与传统冗余校准技术相比,在未增加额外的冗余电容的情况下实现了校准的功能,并且保证了输入信号的摆幅.另外,采用低功耗开关切换方式、动态比较器和动态SAR逻辑有效降低了功耗.仿真结果表明,在0.7 V电源电压下,采样率为100 KS/s时,SAR ADC的有效位数为11.79 bit,功耗只有0.95μW,FOM值仅2.68 fJ/conv.     

一种用于14 bit SAR ADC的DAC设计

本文设计了用于14bit逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）的DAC电路。针对该DAC,介绍一种全差分分段电容阵列结构以缩小DAC的版图面积;高二位权电容采用热码控制,用以改善高位电容在转换时跳变的尖峰以及DAC的单调性;对电容阵列采用数字校准技术,减小电容阵列存在的失配,以提高SAR ADC精度。校准前,SAR ADC的INL达到10LSB,DNL达到4LSB;与校准前相比,校准后,INL〈0.5LSB,DNL〈0.6LSB。仿真结果表明,本DAC设计极大改善SAR ADC的性能,已达到设计要求。     

应用于高速SAR ADC的高能效开关方案

介绍了一种应用于高速逐次逼近型模数转换器的新型高能效电容开关方案.基于2bit/cycle结构,采用两个分裂电容阵列作为数模转换器.通过单边充电操作,在减小电容阵列动态功耗和总面积的同时,提高了电容的建立速度.在最后一个量化周期中,只在电容阵列的单边引入共模电压基准,并只用一个比较器参与量化,在获得更高精度的同时,进一...     

一种SAR ADC电容失配自测量与数字校准技术

为了解决高分辨率逐次逼近模数转换器(SAR ADC)中,电容式数模转换器(DAC)的电容失配导致精度下降的问题,提出了一种电容失配自测量方法,以及一种可适用于各种差分电容DAC设计的低复杂度的前台数字校准方法。该方法利用自身电容阵列及比较器完成位电容失配测量,基于电容失配的转换曲线分析,对每一位输出的权重进行修正,得到实际DAC电容大小对应的正确权重,完成数字校准。数模混合电路仿真结果表明,引入电容失配的16位SAR ADC,经该方法校准后,有效位数由10.74 bit提高到15.38 bit。     

基于神经网络的数字校准技术综述

随着集成电路工艺的发展以及晶体管尺寸的不断减小,ADC转换率变得更快、功耗更低,但器件的失配误差随之变得更大,从而影响精度,因此引入校准电路已成必然趋势。文章首先介绍了几种ADC的常见误差及其校准方法,然后介绍了神经网络的工作原理,并总结了几种主要的基于神经网络的数字校准方法,分析了不同方法的优势和劣势。最后,针对14位流水线ADC,给出了神经网络校准算法的系统级仿真验证结果。经校准后,有效位数(ENOB)从10位提升到12.5位,无杂散动态范围(SFDR)从80 dB提升到100 dB。     

一种非二进制权重的高能效比逐次比较型模数转换器

介绍了一种非二进制权重的高能效比逐次比较型模数转换器。该ADC采用了非二进制权重的电容结构以降低工艺失配对性能的影响,极大地减小了总电容的值;使用了自适应时钟来实现每一位的量化,提高了采样频率,并且不需要外界提供高速时钟;采用了注入扰动的最小均方校准算法,用很小的电路代价实现了后台数字校准。本芯片在SMIC 0.13μm工艺上实现,芯片模拟部分核心面积为0.042mm2,数字校准模块面积为0.04mm2,芯片工作在25MHz采样率时功耗为2.8mW,信噪失真比为58.6dB,有效位数为9.5位。     

一种双通道时分交替ADC误差半盲校正算法

采样时间偏移误差校正一直是时分交替ADC各通道间失配校正的难点.传统的盲校正方式因采用自身信号作为参考信号,会在某些情况下出现校正出错的情形.在分数阶延时滤波器的基础上,通过在模拟信号中预留一定带宽给校正信号及其失真信息来实现采样时间误差的半盲校正,克服盲校正算法中出现校正出错的情形,并且采用变步长算法,实现了收敛速度和稳态误差的优化,最后给出相应的仿真结果.该算法为时分交替ADC的校正提供了一种新的思路.     

一种用于高精度模数转换器的数字校正算法

本文基于14bi t的ADC设计,提出了一种冗余位为2bi t的算法,相比于传统的方法,它提高了输入动态范围,大大降低了对比较器的要求,从而有效的解决了因为比较器的偏差带来的SFDR的下降。对采用本文算法设计的ADC电路进行了仿真,有效位数达到了13.7bi t,并且具有较低的功耗。     

High power-efficient asynchronous SAR ADC for IoT devices

This paper presents a power-efficient 100-MS/s, 10-bit asynchronous successive approximation register (SAR) ADC. It includes an on-chip reference buffer and the total power dissipation is 6.8 mW. To achieve high performance with high power-efficiency in the proposed ADC, bootstrapped switch, redundancy, set-and-down switching approach, dynamic comparator and dynamic logic techniques are employed. The prototype was fabricated using 65 nm standard CMOS technology. At a 1.2-V supply and 100 MS/s, the ADC achieves an SNDR of 56.2 dB and a SFDR of 65.1 dB. The ADC core consumes only 3.1 mW, resulting in a figure of merit (FOM) of 30.27 fJ/conversionstep and occupies an active area of only 0.009 mm².     

高速高精度SAR ADC电容电压系数校正

基于XFAB工艺参数,设计了一种不受电容电压系数影响的高速高精度SAR ADC。在理论上定性分析了电容电压系数对高速高精度SAR ADC的影响,并使用Matlab进行定量分析。分析结果表明,1阶与2阶电容电压系数对ADC性能的影响具有不同的特点。针对1阶电容电压系数,使用改进的分裂电容结构进行消除;针对2阶电容电压系数,使用分段数字补偿来进行校正。校正完成以后,电容电压系数引起的非线性误差可以从±11.7 LSB降到±0.5 LSB以下,无杂散动态范围可以提高10 dB以上。     

A background digital calibration of split-capacitor 16-bit SAR ADC with sub-binary architecture

The paper introduces a sub-binary architecture in 16-bit split-capacitor successive-approximation register (SAR) analog-to-digital converters (ADCs). The redundancy in sub-binary capacitors array provides ways to correct the dynamic errors in conversion procedure with a smaller overall conversion time. So the redundancy can be used to solve the mismatch or parasitic problems in split-capacitor CDAC SAR. A background digital calibration method with perturbation is utilized to calibrate the conversion errors. The behavioral simulation and measured results show that the 16-bit SAR ADC performance can be improved after the digital calibration. The prototype was fabricated in 0.18 μm CMOS process. The INL are −6/7.813 LSB, the DNL are −0.925/1.313 before calibration. After calibration, the INL are −0.813/0.938, the DNL are −0.625/0.688. The measured ENOB is 11.42 bit and SFDR is 79.95 dB before calibration, while the ENOB is 14.46 bit and SFDR is 95.65 dB after calibration.     

一种应用于流水线ADC的自适应后台校正技术

流水线模数转换器(Pipeline ADC)是一种应用广泛的模数转换器结构,可以同时实现高速和高精度性能。然而电路的非理想性严重制约着流水线ADC的性能。提出了一种自适应数字技术,通过使用低速但准确的ADC作为基准,与待校正的流水线ADC并联,并将两者的数字输出的差值送入数字自适应滤波器中进行处理,使流水线ADC的输出不断逼近低速但准确的ADC输出,从而达到数字校正的目的。仿真结果表明,这种方法可以有效去除包括电容失配、有限运放增益、运放失调在内的误差。