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.     

低功耗10 bit 40 MS/s流水线型ADC设计

为实现高速低功耗的模数转换,设计了一个工作电压为3.3 V,采样精度为10 bit,采样频率为40 MS/s,流水线结构的模数转换器(ADC).该ADC基于0.35μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,通过优化运算跨导放大器(OTA)和低失调动态比较器电流,提高了转换精度,降低了功耗.ADC采用差分输入输出电路,减小了系统噪声的影响.其信噪比为58.3 dB,有效位数为9.4 bit,核心电路面积为1.2 mm×0.8 mm,功耗小于30 mW.     

低功耗33MHz采样频率,10比特流水线结构的模数转换器

介绍了一个 33MHz,10bit,3 3V流水线结构的模数转换器 (ADC) .该ADC采用了一种带预放大级的运算放大器和一种动态比较器来降低功耗 ;采用了电荷泵电路来提升时钟信号的电压 ;采用了一个恒跨导偏置电路 .本芯片在 0 35 μmCMOS工艺上实现 ,芯片面积为 1 2× 0 .4mm2 .芯片工作在 33MHz时功耗为 6 9 4mW ,采样 16MHz正弦信号时的信噪比 (SNDR)为 5 8 4dB .     

一种低电压无采样保持运放14 bit,100 MS/s流水线型模数转换器的65 nm CMOS工艺实现

设计了一款低电压实现的14bit,100MS/s流水线型模数转换器(Pipelined ADC),该ADC前端采用无采样保持运放结构来降低功耗和减小噪声,减少了第一级采样网络孔径误差和非线性电荷注入的影响.通过选取合适的输入采样电容容值解决了kT/C噪声和电容不匹配的问题,并设计了符合系统要求的低电压高速高增益运放.该模数转换器同时也包含了带隙基准、分布时钟产生电路、参考电压和共模电压缓冲器等电路模块.芯片采用TSMC 65nm GP 1P9M CMOS工艺实现,面积为3.2 mm2(包含PAD).测试结果表明,当采样率为20MS/s,输入信号频率为1.869MHz时,信噪比(SNR)为66.40dB,信噪失真比(SNDR)为65.21dB,无杂散动态范围(SFDR)为73.44dB,有效位数(ENOB)为10.54bit.电源电压为1.2 V,整个模数转换器的总功耗为260mW.     

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.     

双通道可重构14 bit 125 MS/s流水线ADC

提出了一种双通道可重构14 bit 125 MS/s流水线模数转换器(ADC).该双通道14 bit ADC可工作在并行双通道14 bit 125 MS/s、时间交织14 bit 250 MS/s以及求和15 bit 125 MS/s三种模式.为抑制通道间失配误差的影响,提出一种数模混合前台校准技术.为减少ADC输出端口数目,数据输出由高速串行数据发送器驱动,并且其工作模式有1.75,2,3.5 Gbit/s三种.该ADC电路采用0.18μm 1P5M 1.8 V CMOS工艺实现,测试结果表明,对于相同的10.1 MHz的输入信号,该ADC电路在14 bit 125 MS/s模式下的SNR和SFDR分别为72.5 dBFS和83.1dB,在14 bit 250 MS/s模式下的SNR和SFDR分别为71.3 dBFS和77.6 dB,在15 bit 125 MS/s模式下的SNR和SFDR分别为75.3 dBFS和87.4 dB.芯片总体功耗为461 mW,单通道ADC内核功耗为210 mW,面积为1.3×4 mm~2.     

一个0.9 V电源电压16位300 μW音频ΣΔ调制器

设计了一个应用于0.9 V电源电压,精度达16 bit,功耗仅为300μW的音频ΣΔ调制器.调制器采用了前馈单环三阶结构,以降低整个调制器的功耗;并采用时钟自举电路以实现低电压下CMOS开关的良好导通.芯片采用SMIC 0.18μm一层多晶六层金属工艺进行设计和仿真,芯片核心部分面积为0.7 mm×0.66 mm.后仿真结果显示该调制器在20 kHz的音频信号带宽范围内信噪比可达93 dB.     

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.     

高性能低功耗10 bit 100 MS/s SAR ADC

设计了一种高性能低功耗的10 bit 100 MS/s逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC).基于优值(FOM)设计了一种数模转换器(DAC)单元电容确定法,从而实现了ADC性能和功耗之间的最优折中,得到了最小的后仿真优值为17.92 f J/步,以及与之对应的最优单元电容值1.59 f F.为了减小输入共模电压变化引起的信号敏感性失调,设计了改进的P型输入动态预放大锁存比较器,比较器采用共源共栅结构(cascode)作为P型预放大器的偏置,从而增加了预放大器的共模抑制比(CMRR).模数转换器采用1层多晶硅8层金属(1P8M)55 nm互补型金属氧化物半导体(CMOS)工艺进行了流片验证,在1.3 V电压和100 MS/s采样率的环境下进行测试,信噪失真比(SNDR)的值为59.8 d B,功耗为1.67 mW,有效电路面积仅为0.016 2 mm~2.     

应用于MEMS基频率源的CMOS温度传感器

基于TSMC 0.18μm 1P6M CMOS工艺设计了用于在片测温的CMOS温度传感器.该温度传感器采用双极型晶体管为测温核心器件,使用缩放式模数转换器(ZOOM ADC)来实现温度信息的读取.温度前端电路采用动态匹配技术(DEM)和斩波技术来降低电流源失配和运放失调,实现对电流增益β_F的补偿,提高电路的精度.同时,将ADC所需的控制时钟电路集成在片内,降低了系统应用的复杂度,整个系统面积为780μm×800μm.仿真表明,在1.8 V电源电压下电路的静态功耗为240μW,通过两点拟合校正后,实现了在-55℃～125℃量程内的测温精度为±0.5℃.     

用于流水线ADC的无采样保持运放前端电路

为了降低流水线模数转换器功耗与提升输入信号范围，设计了一种无采样保持运放前端电路. 移除采样保持运放降低了功耗，并改进开关时序进一步降低电路功耗；同时改进传统开关电容比较器输入，使得模数转换器可达到0 ~ 3.3 V满电源电压的量化范围. 将设计的无采样保持运放前端电路应用在一款低功耗12位50 MS/s流水线模数转换器进行验证，采用0.18 μm 1P6M工艺进行流片，芯片面积为1.95 mm2. 测试结果表明：3.3 V电压下，采样率为50 MS/s、输入信号频率为5.03 MHz时，信噪失真比（SNDR）为64.67 dB，无杂散动态范围（SFDR）为72.9 dB，功耗为65 mW.     

低电压低功耗音频Σ-Δ ADC调制器设计

针对应用于音频设备中的∑-ΔADC,提出一款改进的∑-ΔADC调制器.该调制器结构改进传统调制器的结构并对调制器系数进行优化,克服传统∑-ΔADC调制器结构的缺点,同时对调制器中的两个关键电路即OTA放大器和比较器也进行优化,极大改善了OTA放大器和比较器性能.改进后的调制器具有低电压、低功耗、高精度和较好的鲁棒性的特点.该调制器采用1.2 V低电压供电,过采样比(OSR)为128,采样频率为6.144 MHz,信号带宽为20 kHz.基于SMIC0.11μm的工艺下,完成了∑-ΔADC调制器的版图设计,并最终流片成功.芯片流片后的成测结果表明,调制器的信噪比达到102.4 dB,有效位达到16.7 bit,调制器的整体功耗仅1.17 mW左右,整个调制器的版图的面积仅为0.122 mm2左右.调制器的成测性能指标表明,该调制器是音频芯片中∑-ΔADC电路的良好选择.     

流水线模数转换器的一种数字校准技术

为了降低流水线模数转换器中数字校准电路的规模和功耗,提出了一种新的基于信号统计规律的后台数字校准技术.该技术采用自适应搜索算法和二元单调函数的幅值增量比较算法,分别对基于信号统计规律的数字校准技术中的距离估计电路和查找表进行优化设计,减少了距离估计所需的数字电路和查找表所需的ROM空间,极大地降低了数字电路的规模和功耗.应用该校准技术实现了一个12位、采样率为4×107 s-1的流水线模数转换器.测试结果表明,同优化前相比,该芯片数字电路的功耗降低了931%,所需ROM空间减小了95%.整个芯片采用SMIC 0.18μm CMOS工艺设计,总功耗为210 mW,芯片面积为3.3 mm×3.7 mm.     

基于自给时钟的高精度Sigma-Delta ADC设计

为了在电源管理芯片中完成高精度、低功耗的模数转换,提出了1种自给时钟的增量型Sigma-Delta模数转换器(ADC).该ADC由2阶Sigma-Delta调制器结构组成,使用基于过零检测的开关电容积分器代替了基于运算放大器的开关电容积分器,又通过2阶积分器电路的相互触发产生自给时钟,从而无需外部提供时序信号.该ADC使用0.5μm CMOS工艺,在运行500个周期时可以获得的信号噪声失真比(SNDR)为90.06 d B,有效精度为14.66位,转换时间小于330μs,在5 V供电下功耗为0.317 m W.在保持Sigma-Delta ADC较高精度的同时,通过采用基于零点检测的电路减少了所需的外围电路,从而节省了面积.     

应用于IMT-A和UWB系统的双频段开关电流源压控振荡器设计

采用TSMC 0.13μm CMOS工艺设计了一款宽带电感电容压控振荡器(LC-VCO).LC-VCO采用互补型负阻结构,输出信号对称性较好,可以获得更好的相位噪声性能.为达到宽的调谐范围,核心电路采用4 bit可重构的开关电容调谐阵列以降低调谐电路增益,并使用可变电容在每段开关电容子频带上实现调谐.此外,压控振荡器的设计采用了开关电流源、开关交叉耦合对和噪声滤波等技术,以优化电路的相位噪声、功耗、振荡幅度等性能.整个芯片(包括焊盘)面积为1.11 mm×0.98 mm.测试结果表明,在1.2 V电源电压下,UWB和IMT-A频段上压控振荡器所消耗的电流分别为3.0和5.6 mA,压控振荡器的调谐范围为3.86～5.28和3.14～3.88GHz.在振荡频率3.534和4.155 GHz上,1 MHz频偏处,压控振荡器的相位噪声分别为-122和-119 dBc/Hz.     

一种基于伪随机动态补偿的12位250 MS/s流水线ADC

提出了一种基于伪随机补偿技术的流水线模数转换器(ADC)子级电路.该子级电路能够对比较器失调和电容失配误差进行实时动态补偿.误差补偿采用伪随机序列控制比较器阵列中参考比较电压的方式实现.比较器的高低位被随机分配,以消除各比较器固有失调对量化精度的影响,同时子ADC输出的温度计码具有伪随机特性,可进一步消除MDAC电容失配误差对余量输出的影响.基于该子级电路设计了一种12位250 MS/s流水线ADC,电路采用0.18μm 1P5M1.8 V CMOS工艺实现,面积为2.5 mm2.测试结果表明,该ADC在全速采样条件下对20 MHz输入信号的信噪比(SNR)为69.92 dB,无杂散动态范围(SFDR)为81.17 dB,积分非线性误差(INL)为-0.4~+0.65 LSB,微分非线性误差(DNL)为-0.2~+0.15 LSB,功耗为320 mW.     

双通道高速高精度流水线模数转换电路的实现

为解决传统双通道构架仅适用于低速模拟数字转换电路(Analog-to-Digital Converter,简称ADC)的问题,通过取消数字校准电路,去除信号通道中用于数字校准开关的方式,采用台湾积体电路制造公司(TSMC)0.18μm CMOS工艺,用双通道流水线构架实现了高速高精度ADC,确保ADC达到12位信号转换精度的同时,信号转换速度达到了200 Ms/s.通过测试,该电路在模拟输入信号为10 MHz,差分振幅为1.25 V,电源电压为1.8 V,信号采样频率200 Ms/s条件下获得信噪失真比为64.7 d B,无杂散动态范围为86.3 d B,电路整体功耗为356 m W,测试结果证实该设计在降低模数转换电路设计难度的同时节省了功耗.     

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.      

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。