SAR ADC设计:深亚微米工艺下的低功耗高速转换技术
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更新于2024-07-10
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"eetop.cn SAR ADC的设计_983203834.pdf"
本文主要讨论了Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter(SAR ADC)的设计及其在模拟集成电路(模拟IC)中的应用。SAR ADC是一种常用的数字模拟转换器,其工作原理是通过D/A转换器的逐次逼近方式实现A/D转换。这种类型的ADC需要进行N次D/A转换和比较来完成1次N位的转换。因此,其精度主要取决于数字到模拟转换器(DAC)的精度。
SAR ADC的一大优点是它无需运算放大器,这使得它在低电压、低功耗的深亚微米CMOS工艺下具有很大的发展潜力。由于其超低功耗和高速转换的特性,SAR ADC在当今的集成电路设计中成为研究的热点。文档中提到了异步时序控制技术在SAR ADC中的应用,这种技术可以实现8到16位的分辨率,并达到几百兆样本每秒的转换速度,且功耗极低。
在SAR ADC的DAC设计中,有多种拓扑结构可供选择,包括二进制电流型、电压型、电压改进型、电流型(如R2R型)、阻容混合型以及电荷型。电荷型DAC因其良好的匹配性、低功耗而受到青睐,但它的输入电容较大,需要较多的开关,这可能导致非线性问题。为了优化电容数目和精度,可以采用分段结构。此外,高位电容的大小是一个重要的权衡因素,既影响精度又影响功耗,通常通过蒙特卡洛仿真来确定。为了提高精度和保证单调性,高位电容有时会采用单元温度码控制,同时,防止电荷泄漏也是设计中的关键点。
在SAR ADC的版图设计中,DAC输出和整体电路的布局至关重要。例如,顶板采样和底板采样的方法对于保持转换过程的稳定性至关重要。6分段电容结构分析展示了如何通过分段电容设计来优化电容大小,从而降低功耗并提高精度。
SAR ADC的设计涉及到许多复杂因素,包括时序控制、DAC结构选择、电容匹配、开关线性度以及版图优化等。这些因素共同决定了SAR ADC的性能指标,如分辨率、转换速率和功耗。在模拟IC领域,理解并掌握这些知识对于设计高性能、低功耗的SAR ADC至关重要。
2022-09-14 上传
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jokerxb3
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