SAR ADC中比较器动态电容非线性校正方法与效果提升

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本文主要探讨了在高分辨率和高速 Successive Approximation Register (SAR) 数模转换器(ADC)中,比较器输入对的动态电容器非线性寄生电容所带来的影响以及相应的校正方法。传统的二进制权重电容阵列结构是SAR ADC设计的核心,然而,这种结构下的电容匹配问题可能会显著降低转换器的性能,如信号与噪声比(SNR)和信躁比(SFDR)。 首先,作者分析了动态电容不匹配对SAR ADC性能的具体影响。非线性寄生电容可能导致失调(失调电压)和量化误差的增加,进而影响数字输出的线性和准确性,表现为差动非线性(DNL)和积分非线性(INL)的恶化。这些误差在高分辨率ADC中尤为明显,可能导致信号失真和测量精度下降。 针对这一问题,文中提出了两种可行的校正策略。一种是基于补偿网络的设计,通过引入额外的电路元件来抵消或减小非线性电容的影响。另一种则是利用自校准技术,通过对ADC进行周期性的测量和调整,逐步逼近理想状态。这两种方法旨在优化ADC的线性和动态范围,提高其转换精度。 为了验证所提出的校正方法的有效性,研究者采用了一款CMOS 40纳米工艺的SAR ADC设计,并进行了深入的后仿真分析。经过校正后的结果表明,该ADC的SFDR和SNDR分别提高了约7分贝和4分贝;在校准后,DNL和INL得到了显著改善,从1.00 LSB和3.81 LSB降至0.67 LSB和0.57 LSB,以及1.46 LSB和0.77 LSB。这说明通过有效的校正策略,SAR ADC的性能得到了显著提升,能够更好地满足高精度测量的需求。 本文的研究对于理解和优化SAR ADC的性能至关重要,尤其是在追求更高的转换速度和分辨率时,对比较器动态电容器的非线性寄生电容进行有效校正显得尤为重要。通过理论分析和实践验证,为设计高质量的高性能ADC提供了有价值的技术参考。