10位低功耗SAR ADC：开关逻辑优化与性能提升

本文主要探讨了一种创新的低功耗SAR ADC设计方案，该设计专注于10位逐次逼近型模数转换器的开发。通过采用改进型开关逻辑结构，电路的关键改进在于替代了传统的开关阵列控制方式，改用温度计码控制，这显著提升了D/A转换器的线性度，从而减少了非线性失真，提高了转换精度。设计目标是在Chartered 0.35 μm 2P4M工艺下，实现10位的高精度转换，以满足250 kHz的快速转换速率，同时确保信噪比大于60 dB，以确保信号质量。 低功耗是设计的核心要素，通过优化开关动作频率和电路结构，整体功耗被控制在小于2 mW的水平，这对于电池供电或便携设备的应用至关重要。流片后的测试验证了这一设计达到了预期的性能指标，平均功耗进一步降低到1.97 mW，这在实际应用中具有明显的优势，尤其是在能源效率方面。 逐次逼近型ADC因其在中高分辨率应用中的易用性和成本效益而被广泛应用，包括便携式仪表、笔输入设备、工业控制和数据采集系统。然而，随着对功耗敏感性的提高，设计者必须在性能和功耗之间寻找最佳平衡。本文作者通过深入理解SAR ADC的基本组成部分，如采样保持电路、模拟比较器、D/A转换器和逐次逼近寄存器，以及它们各自的功耗贡献，提出了针对性的优化策略。 具体来说，降低功耗的策略集中在以下几个关键点： 1. 优化采样保持电路：通过改进电路设计，减少对采样保持电容的频繁充放电，从而降低这部分的功耗。 2. 改进D/A转换器：采用温度计码控制的开关逻辑，减少二进制加权电容的充放电次数，提升转换效率。 3. 降低比较器功耗：通过选择低功耗的比较器技术或者优化其工作模式，减少在模数转换过程中的能量消耗。 总结来说，本文的工作不仅提供了一种新型低功耗SAR ADC的设计思路，还展示了如何在保证高性能的同时，通过精细的电路设计和优化策略，显著降低功耗，这对于当前的低功耗电子系统设计具有重要的实践意义。这种技术的进步有助于推动业界向更绿色、节能的电子产品发展。