一种低复杂度逐次逼近型模数转换器设计与仿真

为了降低模数转换器(ADC)复杂度和功耗,基于低复杂度电容阵列数模转换器(DAC)参考电平切换方案,设计了一种低复杂度逐次逼近型模数转换器(SAR ADC).电容阵列DAC中电容采用双参考电平结构,降低电路的复杂度;比较器采用低复杂度两级动态结构,降低功耗;移位寄存器采用低复杂度动态锁存电路结构,降低功耗和减少误码;电容驱动电路采用低复杂度互补金属氧化物半导体(CMOS)反相器结构,减少晶体管数量. SAR ADC电路的仿真结果显示:在电压为1.0 V和采样频率为100 k Hz时,SAR ADC功耗为0.45μW,有效位(ENOB)为9.99 bit,其单步转换功耗为4.4 f J.该SAR ADC指标满足低功耗的要求,适用于便携式、植入式、穿戴式和无线传感器节点等低功耗电子终端.     

一种超低功耗模数转换器的设计与仿真

为了降低电子终端设备的功耗,文中提出了一种基于C-2C电容阵列DAC的超低功耗SAR ADC。首先,通过使用C-2C电容和三电平转换方案,文中的电容阵列DAC转换能耗相比传统结构降低99.41%,面积减少87.2%。接着,采用基于动态逻辑的逐次逼近寄存器（SAR）和两级全动态比较降低SAR ADC整体功耗。最后,SAR ADC在180nm CMOS工艺下进行设计与仿真。仿真结果表明:在1V电源电压,100kS/s的采样频率下,ADC的信噪失真比（SNDR）为61.59dB,有效位（ENOB）为9.93位,总功耗为0.188W,品质因素（FOM）值为1.9fJ/Conv.-step。文中设计的超低功耗SAR ADC适用于低功耗电子终端设备。     

基于GND采样技术的逐次逼近型模数转换器设计

针对柔性压阻式压力传感器输出信号数字化对功耗和面积的要求，设计了一款低功耗逐次逼近型（SAR）模数转换器（ADC）.电路采用了基于GND采样的单调开关切换方案降低DAC开关能耗，并使用了分段电容阵列，在进一步降低切换功耗的同时，还缩减了整体电路的面积开销.此外，电路还设计了两级预放大器来降低动态比较器的噪声和失调，采用动态元件匹配技术（DEM）来提高ADC的线性度.在 1P6M CMOS工艺下实现了该ADC的电路设计和版图绘制，芯片内核面积约，在1.8 V的电源电压下功耗为.流片测试结果显示：SAR ADC在250 kHz的采样率下以11 bit输出时，信噪失真比SNDR为65.0 dB，有效位数ENOB为10.51 bit.     

应用于SAR ADC的高能效电容阵列DAC

电容阵列数模转换器(DAC)是逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)的主要能耗来源之一.为降低电容阵列DAC的能耗,提出了一种高能效电容阵列DAC结构,该结构电容阵列中各电容单元通过开关依次连接.在前两次比较周期中,由于采用了顶板采样和电压移位技术,电容阵列DAC没有产生能耗;在之后的比较周期中,由于采用电荷共享和电压单调降低技术,电容阵列DAC产生了很少的能耗.仿真结果表明,相比于传统的电容阵列DAC结构,文中提出的高能效电容阵列DAC结构可降低99.22%的能耗,节省75%的面积.     

一种采用时域比较器的低功耗逐次逼近型模数转换器的设计

基于CMOS 90 nm工艺设计了一款采用时域比较器的10位逐次逼近型模数转换器（successive approximation register analog-to-digital convertor,SAR ADC）.与传统动态比较器相比,时域比较器利用差分多级电压控制型延时线将电压信号转为时间信号,并通过鉴相器鉴别相位差而得到比较器结果,减小了共模偏移对比较器的影响和静态功耗.同时,电路采用部分单调式的电容阵列电压转换过程,有效减小电容阵列总电容及其功耗.仿真结果表明,在电源电压1 V,采样率308 kS/s,信号幅度0.9 V的情况下,有效位数（ENOB）为9.45 bits,功耗为13.48 μW.      

一种具有噪声整形功能的2 bit/cycle SAR ADC的设计

基于180nm CMOS工艺,设计了一种2 bit/cycle结构的8 bit、100 MS/s逐次逼近模数转换器（SAR ADC）. 采用两个DAC电容阵列SIG_DAC、REF_DAC实现了2 bit/cycle量化,其中SIG_DAC采用上极板采样大大减少了电容数目,分裂电容式结构和优化的异步SAR逻辑提高了ADC的转换速度. 应用一种噪声整形技术,有效提高了过采样时ADC的信噪失真比（SNDR）. 在1.8 V电源电压和100 MS/s采样率条件下,未加入噪声整形时,仿真得到ADC的SNDR为46.22 dB,加入噪声整形后,过采样率为10时,仿真得到的SNDR为57.49 dB,提高了11.27 dB,ADC的有效位数提高了约1.88 bit,达到9.26 bit.      

用于植入式医用芯片的低电压低功耗SAR ADC

为适应植入式医用芯片的使用要求,给出一低电压低功耗逐次逼近型模数转换器(SARADC)的设计。从降低功耗出发,提出了一种新的能量高效开关策略。与传统开关策略相比,电容阵列的平均开关能量减少了68%,电容阵列的面积仅为传统开关策略的50%;采用带校正的动态比较器,在提高精度的同时可以降低功耗;采用异步时钟,省略了高频时钟产生器,进一步降低了功耗。提出的5 Ms-111位SAR ADC采用SMIC 0.18μm CMOS混合信号工艺流片。供电电压低至1 V,功耗仅为0.236 mW,SNDR,SFDR分别达到55.1,68.38 dB。核心面积为650μm×1 000μm,符合植入式系统的要求。     

一个采用新颖的混合电容切换模式的SAR ADC设计

提出一种应用于逐次逼近型模数转换器的混合电容切换模式。该模式包含两个幅度相同但单调性相反的开关电容阵列, 无需任何额外的稳压电源和电容补偿阵列, 通过差分电压自身的互相补偿, 实现共模电压的稳定。利用上述技术, 基于0.18 μm的CMOS工艺实现一个转换速率为50 MS/s, 分辨率为10-bit的SAR ADC。设计过程中采用开窗逻辑, 减小了比较器输出信号到DAC 控制信号的传输时间; 采用包含自适应延时逻辑的比较环路, 缩短了SAR ADC低位比特的转换时间。测试结果表明, 所设计的SAR ADC在50 MS/s 的转换速率下, 可以实现57.31 dB的SNDR, 1.81 LSB的INL以及0.98 LSB的DNL。     

针对植入式应用的8位100kS/s的逐次逼近型模数转换器设计

针对植入式医疗电子的应用需求设计了一个8位100 kS/s的低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC),并且基于0.13μm 1P8M工艺进行了流片(tape-out)验证.为了达到降低功耗的设计目标,对SAR ADC的子模块进行了仔细的分析设计:采用满足精度和速度要求的无源互补开关;采用失调(offset)优化的无静态电流的动态比较器;采用无静态功耗的电容阵列子数模转化器.测试结果表明,当输入测试信号为9.37 kHz时,该SAR ADC的信号噪声失真比(SNDR)为49.2 dB,动态无杂散范围(SFDR)为63 dB,有效位(ENOB)为7.8位.其微分非线性(DNL)和积分非线性(INL)分别为-0.15/+0.15 LSB和-0.35/+0.23 LSB,功耗为3.2μW,优值(FoM)为143 fJ/conversion-step.     

14位低功耗逐次逼近型模数转换器设计

为了克服传统逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)精度低和能量效率低的问题,通过采用新型开关切换策略来提高SAR ADC的能量效率,采用冗余电容阵列和数字纠错技术来提高SAR ADC的精度。电路采用SMIC110nm CMOS工艺实现,并结合Cadence模拟开发套件进行后仿验证。结果表明,在工作电压为1.2 V,采样速率为1 MS/s时,输入0.301 MHz的正弦波,SAR ADC的有效位数(ENOB)达到了13.25 bits,信号噪声失真比(SNDR)为81.55 dB,功耗为181μW;所设计的SAR ADC电路的精度和功耗得到了有效改善。     

一种用于CMOS图像传感器的10位高速列级ADC

提出了一种适用于高速小尺寸像素的列级ADC,该ADC采用单斜ADC(single-slope ADC,SS ADC)与逐次逼近ADC(successive-approximation ADC,SA ADC)相结合的方式在提高模数转换速度的同时减小了芯片面积.SS ADC实现5位粗量化,SA ADC实现5位细量化,SA ADC中5位分段电容DAC的桥接电容采用单位电容并利用区间交叠方式实现了误差校正.采用GSMC 0.18,μm 1P4M标准CMOS工艺对电路进行设计,仿真结果表明:所提出的列级ADC在167,kHz/s采样率和3.3,V电源电压下,有效位数9.81,每列功耗0.132,mW,速度比传统SS ADC提高了22倍.     

一种应用于60GHz毫米波无线传输系统的数模混合ADC设计

以60 GHz毫米波高速无线传输系统为背景,对无线信号历经的频率选择性衰落信道进行了深入分析,并对接收机结构进行研究。提出一种利用数模信号混合处理的低复杂度ADC结构。该结构利用数模混合均衡器来降低频率选择性衰落信道中接收机ADC的精度要求。通过引入一个高精度、高采样率的DAC为代价,在不改变接收机性能的情况下将ADC的采样精度降低2个比特。该ADC均衡器在误码率、收敛速度等性能上相比同精度的全数字均衡器有很大提高。进一步,对该结构进行优化。通过把补偿信号的高比特位的值转换到模拟域,将引入的DAC精度降低到2～3个比特,从而进一步降低了该结构的设计复杂度和功耗。     

一种八位并行插值型模数转换器的设计

数字技术的飞速发展,使得对模数转换器(ADC)的研究变得越来越重要.论文在并行模数转换器的基础上,结合内插结构设计了包括比较电路阵列、编码模块和输出锁存模块三个模块的八位模数转换器.这种新结构的八位并行内插模数转换器能更好地降低功耗和减小芯片面积;由于该模数转换器加入了抗饱和电路,提高了时钟脉冲的开关速度.利用Candence中的Spectre工具对电路进行了仿真,仿真结果表明,这种模数转换器达到了设计要求.     

应用于SAR ADC中逐次逼近寄存器的设计

逐次逼近寄存器(SAR registers)协调DAC(Digital-to-Analog Converter,数模转换器)和比较器共同工作,完成逐次逼近逻辑,在SAR ADC(Successive approximation A/D Converter,逐次逼近型模数转换器)的设计中非常重要。设计了一个应用于5V单电源电压、采样率为1MSPs、12bits、低功耗SAR ADC中的逐次逼近寄存器。通过比较分析逻辑综合和全定制两种方法,选择了全定制方法来实现逐次逼近寄存器,实现功耗、面积的最佳优化。     

低功耗MOS图象传感器自扫描电路的研究

从高位数，低功耗MOS图象传感器发展的需要出发，对MOS图象传感器的自扫描电路进行研究。提出以一种带变容管自举电路的三管动态无比电路作MOS图象传感器的自扫描电路，该电路采用硅栅P-MOS工艺，是一种高速度，低功耗的动态无比电路，也是一种高位数列阵中的实用单元电路，它较好地解决了阵列功耗随位数增加而变大的问题。     

权电容DAC状态转换速度估计方法

为提高权电容阵列DAC的性能,本文通过建立权电容阵列DAC的理想模型和状态转换模型,求解出零状态输出和非零状态输出,证明了权电容阵列DAC输出仅包含系统的零状态响应,而与前次输入无关.根据权电容阵列DAC的频率响应特性和时域响应函数,得到一种电容阵列DAC转换速度的估计方法,并建立了支路时间常数与转换开关导通电阻之间的限制关系.通过仿真分析验证了权电容阵列DAC转换速度的估计方法,为权电容阵列DAC的设计和应用提供了理论依据.