SAR ADC中分离电容DAC的线性校准技术

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"该文档详细探讨了在SAR(顺序比较型模数转换器)模数转换器中,分离电容DAC(CDAC)非线性问题及其解决方案。非线性主要源于桥式电容的失配和寄生效应。为了解决这一问题,文章提出采用可调谐电容器阵列进行校准,以改善线性度,并通过计算最小步长来控制调谐误差在0.5LSB以内。这种改进的调谐结构在保持电路复杂性不变的情况下,能实现更小的面积和更低的功耗。5b-5b分离DAC的行为仿真结果显示,相较于补偿电容阵列的原型,提出的校准方法能将信噪比(SNR)和失真比(SFDR)分别提升2.2dB和1.6dB。" 在SAR ADC中,CDAC是一个关键组件,它决定了转换器的精度和线性性能。传统的CDAC由一系列并联的电容组成,这些电容的开关选择组合形成不同的电容值,进而转换成数字信号。然而,由于制造工艺的不完美,桥式电容可能会出现失配,导致电容值的不精确,从而引入非线性误差。此外,寄生效应如电容的串联电阻、寄生电感等也会对线性度产生影响。 文章首先深入分析了分离电容结构的非线性来源,揭示了失配和寄生效应如何影响CDAC的性能。接着,作者提出了线性调谐方法,这种方法通过微调电容值来减小非线性误差,从而提高转换器的线性度。线性调谐的关键在于找到合适的调谐步长,使得调谐误差能够控制在可接受的范围内,此处是0.5LSB。 为了优化这个过程,文章提出了一个改进的可调谐结构。这个新结构不仅能够在校准期间保持良好的线性性能,而且还能减少面积和降低功耗。这是一项重要的优化,因为在许多应用中,尤其是便携式设备中,低功耗和小体积是至关重要的设计目标。 通过5位5位分离DAC的仿真结果,文章展示了改进的校准方法的有效性。相比于传统的补偿电容阵列,新方法能够显著提升SNR和SFDR,这意味着在相同电路复杂性的前提下,转换器的动态性能得到了显著提升。SNR的提升意味着更高的信号质量,而SFDR的提升则意味着更强的抗干扰能力。 该文档为SAR ADC中CDAC的非线性问题提供了一个有效的解决方案,即利用线性调谐的可调谐电容器阵列进行校准。这种方法不仅提升了转换器的线性度,还降低了功耗和物理尺寸,对于高性能模拟/电源设计领域具有重要的实践意义。