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C-R型多通道10 bit SAR-ADC設計

2022年電子技術應用第7期

鄧玉清1，牛洪軍2

1.中科芯集成電路有限公司，江蘇無錫214035；2.無錫翼盟電子科技有限公司，江蘇無錫214035

摘要： 采用0.13 μm工藝，設計并實現(xiàn)了一款單端CR型分級的10 bit SAR-ADC。在設計中，CR型分級的采用顯著降低了芯片面積，高5位的溫度計碼控制有效消除時鐘潰通等誤差，自舉開關的設計提高了采樣精度，前置放大器的高精度靜態(tài)比較器有效降低失調(diào)、提升了轉(zhuǎn)換精度。設計的ADC內(nèi)核尺寸為580 μm×290 μm，后仿真結(jié)果顯示，在采樣率1 MS/s下，輸入正弦信號200 kHz時，ENOB可達9.5位，EO=1 LSB。

關鍵詞： 模數(shù)轉(zhuǎn)換溫度計碼 CR逐次逼近靜態(tài)放大器自舉開關

中圖分類號： TN432
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212235
中文引用格式： 鄧玉清，牛洪軍. C-R型多通道10 bit SAR-ADC設計[J].電子技術應用，2022，48(7)：44-48.
英文引用格式： Deng Yuqing，Niu Hongjun. A design of 10 bit C-R multi-channel SAR-ADC[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(7)：44-48.

A design of 10 bit C-R multi-channel SAR-ADC

Deng Yuqing1，Niu Hongjun2

1.China Key System & Integrated Circuit Co.，Ltd.，Wuxi 214035，China； 2.Wuxi Imeng Electronic Technology Co.，Ltd.，Wuxi 214035，China

Abstract： This paper presents a design and implementation of a multi 10-bit successive approximation register anglog-to-digital converter(ADC) with a 0.13 μm technology. A C-R DAC optimization technique is utilized in proposed design to reduce the area of ADC. Using thermometer codes to reduces harmonic distortions due to clock feedthrough. Using bootstrapped switch to improve sampling accuracy. The comparator is designed using static architecture with preamplifiers to eliminate offset. The chip is 580 μm×290 μm. The post simulation show that with an sampling ratio of 1 MS/s,200 kHz signal, the ENOB is 9.5 bit and EO=1 LSB.

Key words : analog-digital conversion；thermometer code；C-R successive approximation；static amplifier；bootstrap switch

0 引言

Flash A/D轉(zhuǎn)換器滿足高速高精度，可以實現(xiàn)GS/s的水平，主要用于軍工設計，例如雷達、衛(wèi)星通信等^[1]。ΣΔA/D轉(zhuǎn)換器滿足低速高精度，主要用于音頻領域。流水線A/D轉(zhuǎn)換器滿足高速高精度，可以實現(xiàn)500 MS/s水平，主要應用于高速儀表、視頻領域、網(wǎng)絡系統(tǒng)。積分型A/D轉(zhuǎn)換器滿足中等速度中等精度，主要用于低速儀表。逐次逼近ADC(SAR ADC)滿足中等速度中等精度，并且具有功耗低、面積小、復雜度低、易于集成SoC等優(yōu)勢，被廣泛應用在數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制^[1-2]。

提高轉(zhuǎn)換速率可以通過增加比較器個數(shù)、采用異步控制等，但往往伴隨功耗和面積的更多開銷。隨著位數(shù)增加，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的DAC面積呈指數(shù)增加，可以改變分段結(jié)構(gòu)來降低面積。為了降低失調(diào)，許多文章提到采用全差分結(jié)構(gòu)配合混合切換^[3]，然而相比單端結(jié)構(gòu)會消耗更大的面積和功耗。在降低功耗上，有人通過采用動態(tài)比較器，但動態(tài)比較器帶來更大的失調(diào)，需要更為復雜的修調(diào)算法補償^[4]。

綜上，本文采用CR分級、溫度計碼、自舉開關、前置放大技術克服如上提到的缺點。

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作者信息：

鄧玉清1，牛洪軍2

(1.中科芯集成電路有限公司，江蘇無錫214035；2.無錫翼盟電子科技有限公司，江蘇無錫214035)

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