一种低复杂度逐次逼近型数模转换器设计与仿真

为了降低模数转换器复杂度和功耗,基于低复杂度电容阵列DAC设计了一种低功耗逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）. 该结构中,电容阵列DAC每个电容只有两种参考电平选择,降低逻辑控制电路和电容驱动电路的复杂度,电容阵列DAC最低位电容参与转换,使需要的总单位电容数量相比单调结构减少一半;比较器采用两级动态结构,降低功耗;移位寄存器采用动态锁存电路结构,降低功耗和减少误码;电容驱动电路采用CMOS反相器结构,减少晶体管数量. SAR ADC电路仿真结果显示:在1.0 V电源电压和采样速率为100 kHz 时,SAR ADC功耗为0.45 W ,有效位（ENOB）为9.99 bit ,其单步转换功耗为4.4 fJ.     

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.     

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.      

电容阵列开关时序优化在A/D转换器中的应用

欲提高逐次逼近式A／D转换器的精度，常受到内部DAC（Digital-to-Analog Converter）结构参数误差等因素的制约，同时A／D转换器的低功耗问题亦受到关注．为减小电荷分布式DAC中电容离散引入的积累梯度误差，改善输出积分线性度（INL，integral nonlinearity），引入INL bounded算法对实际工艺条件下的DAC电容阵列的导通时序进行了优化．通过引入预增益级和Latch级，改进了内部比较器的结构，降低了静态功耗，提高了转换精度和工艺的可靠性．仿真结果表明，设计ADC的分辨率可达14bit，其1NL提高2倍以上，功耗8．25mW．该设计可利用0．6μm2P2M标准的CMOS工艺实现．     

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.      

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.     

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。     

一种基于分段电容的低功耗SARADC设计

针对当前物联网技术对功耗的严格要求,设计了一种基于分段电容的低功耗SAR ADC电路.电路通过使用分离电容阵列来降低整个CDAC所需要的单位电容数和ADC的功耗.同时采用了分离电容校正技术来降低整体CDAC的非线性和失调校正技术来降低比较器电路的失调.在0.18,mm CMOS工艺下完成了一款10-bit 10-Msample/s的电路原型设计及相应的版图设计和验证工作,带有PAD的芯片整体面积为1,2mm.芯片后仿真结果表明:该转换器在校正情况下,4.89,MHz输入信号频率下信号噪声谐波比(SFDR)为61.43,dB,比不校正提高了54%,;有效位数达到9.90,bit,比不校正提高了3.7,bit;在1.8,V电源电压下功耗仅为255.61,mW.     

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。     

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.     

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.     

高效降压三增益式开关电容DC/DC变换器的设计

设计了一种高效率降压三增益式DC/DC变换器,其输出电压可选择为1.5V、1.8V和2.0V,该电路采用了转换电容阵列技术,具有多增益和功耗低等特点.HSPICE仿真结果显示,其转换效率高于78%,转换误差在10mV之内,稳定性高,最大负载电流可达240mA.该电路可广泛应用于移动电子设备的电源电路中.     

基于E类放大器的新型无线电能传输控制策略

E类放大器是磁共振无线电能传输(wireless power transmission,WPT)系统中常用的高频电源,其开关效率是评价WPT系统整体性能的关键指标.针对E类放大器中开关器件的效率和电压应力与负载的紧耦合关系导致其输出效率的不稳定,根据锂离子电池的充电特性和E类放大器的输出效率特性,选用合理的谐振补偿网络结构,提出了一种通过电容和电感阵列实现E类放大器零电压开关状态的主动控制策略.结果表明:在20 cm气隙条件下实现了功率输出为1.1 kW、逆变部分效率高于95％以上的WPT系统实验,大大提高了采用E类放大器的WPT系统的稳定性,验证了所提出控制策略的有效性.     

小型光伏电池在ZigBee传感网络中的应用

针对工业测控现场需要进行测量信号无线传输问题,提出了一种基于CC2530片上系统,集成了符合ZigBee 2007/PRO规范的Z-Stack协议栈的无线传感节点实现方案,使得网络拓扑结构灵活、路由快速可靠.系统用单晶硅太阳能电池,并特别设计了超低功耗电源管理电路为储能元件法拉电容充电,节点设置为休眠-激活-休眠循环工作模式,解决了太阳能电池在长达10 d无光照情况下传感节点仍能正常工作.实际测试及应用结果表明,系统运行稳定可靠.