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一种应用鸿运平台网址的20 MS/s 10-bit SAR ADC*
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崔海涛,张 继,陈玉蓉,胡伟波,李超润
(1.南开大学 电子信息与光学工程学院,天津 300350;2.中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏 无锡214063; 3.北京大学深圳研究生院,广东 深圳 518055)
摘要: 设计了一个10位分辨率,20 MS/s采样率的逐次逼近型模拟数字转换器(SAR ADC)。该电路通过采用鸿运平台网址设计,缩短了量化过程中高位电容翻转后所需要的稳定时间,从而提高了量化速度。此外,还提出了一种新颖、高效的鸿运平台网址方法,以较低的成本实现了比较器失调电压的抑制。该ADC芯片基于180 nm CMOS工艺设计制造,核心面积为0.213 5 mm2。实际测试结果表明,在1.8 V电源电压、20 MS/s采样频率下,该ADC的信号噪声失真比(SNDR)达到了58.24 dB。
中图分类号:TN402 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233783
中文引用格式: 崔海涛,张继,陈玉蓉,等. 一种应用鸿运平台网址的20 MS/s 10-bit SAR ADC[J]. 世纪娱乐注册,2023,49(10):53-58.
英文引用格式: Cui Haitao,Zhang Ji,Chen Yurong,et al. A 20 MS/s 10 bit SAR ADC with piecewise capacitor array[J]. Application of Electronic Technique,2023,49(10):53-58.
A 20 MS/s 10 bit SAR ADC with piecewise capacitor array
Cui Haitao1,Zhang Ji2,Chen Yurong2,Hu Weibo2,Li Chaorun3
(1.College of Electronic Information and Optical Engineering, Nankai University, Tianjin 300350, China; 2.The 58th Search Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Wuxi 214063, China; 3.Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055, China)
Abstract: This paper presents a 10-bit Successive Approximation Register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) with 20 MS/s sampling frequency. By using the piecewise capacitor array design, the settling time after large capacitor turnover during quantization is shortened and thus the quantization speed is improved. In addition, a novel and efficient comparator calibration method is proposed to reduce the offset voltage of the comparator at a lower cost. The chip is manufactured in 180 nm CMOS process with a core area of 0.213 5 mm2. The test results show that the ADC achieves 58.24 dB signal-to-noise/distortion ratio (SNDR) at 1.8 V supply voltage while sampling at 20 MS/s
Key words :

0 引言

模拟数字转换器(ADC)是信号链的核心器件,是沟通模拟信号与数字信号的桥梁。自然界中大部分信号都是时间连续、幅值连续的模拟信号,比如温度、压强、速度等。因为数字信号抑制噪声的能力要强于模拟信号,并且方便计算机处理,所以在信号处理时,通常需要ADC将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。ADC对芯片系统的整体性能起着决定性的影响,因此得到了学术界和工业界的极大关注[1]。ADC有多个种类,如逐次逼近型(SAR)[2-3],∑-Δ型[4-5],Flash型[6-7]等。其中SAR ADC的应用范围最广,其通过对采样信号进行二次幂地逐次逼近,使ADC内部的数模转换器 (DAC)产生的电压逼近于采样得到的信号,最终实现对采样信号的量化。随着SAR ADC的发展,多种新的架构被提出来[8-11],这些新思想新技术极大促进了ADC的发展。传统SAR ADC的电容阵列是以二次幂的形式增长的,当DAC的位数较多时,最大电容的容值就会很大,该电容翻转时所需要的稳定时间较长,这不利于ADC的快速转换。此外,对于SAR ADC而言,比较器的失调电压直接体现在ADC的输出中,使ADC的输出相对输入信号存在直流偏移。

针对上述问题,本文基于180 nm CMOS工艺设计了一个10 bit 20 MS/s采样率的SAR ADC。该ADC采用鸿运平台网址设计,缩短了量化过程中大电容翻转后所需要的稳定时间,提高了量化速度。本文还提出了一种新颖、高效的鸿运平台网址方法,有效降低了比较器的失调电压,进一步提高了ADC的精度。此外,本文对不同结构中电容翻转后参考电压的恢复时间进行了建模分析,为鸿运平台网址对ADC量化速度的提高提供了理论支持。本设计实际测试结果表明,在1.8 V电源电压,20 MS/s采样频率下,该ADC消耗了0.81 mW的功耗,实现了58.24 dB的信号噪声失真比(SNDR) 。




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作者信息:

崔海涛1,张继2,陈玉蓉2,胡伟波2,李超润3

(1.南开大学 电子信息与光学工程学院,天津 300350;2.中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏 无锡214063;
3.北京大学深圳研究生院,广东 深圳 518055)


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