异步逻辑逐次逼近型模数转换器设计与仿真文献综述

 2022-10-27 10:10

文献综述(或调研报告):

文献综述

基于SAR结构ADC的应用领域已经从早期的低速中等精度低功耗应用领域扩展到高速较高精度低功耗领域,而且基于SAR ADC的时间交错ADC采样速率已超过GS/s,使得在例如超高速通信等应用中采用基于SAR结构的ADC成为可能。

总结近3年在ISSCC会议发表的ADC文章中不同结构ADC的数量,可以看出人们的研究热点集中在了以SAR、Pipelined和Sigma-Delta三种结构为基础的ADC上,分别对应了未来ADC的三个主要发展方向:低功耗、高速、高精度。在全部文章中,基于SAR结构的ADC超过一半,其中采用时间交错技术的SAR ADC占接近三分之一、约16%的文章结合流水线技术,更有几篇采用时间交错技术的Pipelined-SAR ADC。

基于SAR结构的ADC不仅文章数量更多,而且它具有更小的反映ADC综合性能的优质因子(Figure of Merit, FoM)。[2]在精度与速度方面,文献[3]在16位的精度下实现了KS/s级的高动态范围及信噪比的单核SAR ADC,文献[4]实现了12bit 10MS/s的单核SAR ADC;在6至8位的中等精度下的单核SAR ADC转换速率由数十Ms/s迅速提升,甚至己经可达GS/s[5][6],而且采用时间交错技术的多核TI-SAR ADC可以获得数倍于单核SAR ADC,甚至己经达到64GS/s。[7]

图1 常见的异步SAR ADC及其时序图[8]

SAR DAC模数转换器的基本工作原理

SAR ADC通过构建由模拟模块和数字模块组成的反馈环路以实现逐次逼近量化的功能。图2为SAR ADC基本结构框图,其工作流程为:

  • 初始化:采样保持电路对输入模拟信号Vin进行采样,并将采样到的模拟电压Vs输入到比较器的正输入端;
  • 第一步:SAR控制逻辑电路控制数模转换器产生当前位(第位)量化所需的参考电压,并将该参考电压输入比较器的反向输入端,即

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