高速低耗能逐漸趨近式類比至數(shù)位轉(zhuǎn)換器之設(shè)計(jì)

本論文提出三個(gè)應(yīng)用於逐漸趨近式類比至數(shù)位轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計(jì)技術(shù)，並且透過 實(shí)際的晶片下線和量測驗(yàn)證，證實(shí)所提出之電路設(shè)計(jì)技術(shù)可以有效提升電路的操作速 度以及降低每次轉(zhuǎn)換所消耗的能量。所提出的電路設(shè)計(jì)技術(shù)以及晶片實(shí)作成果簡述如 下： 第一個(gè)技術(shù)為單調(diào)式的電容切換機(jī)制，其比傳統(tǒng)架構(gòu)的切換方式節(jié)省約 81.3%的 切換能量以及 50%的取樣電容。在 0.13 微米互補(bǔ)式金氧半電晶體製程下，我們利用 此技術(shù)來實(shí)現(xiàn)一個(gè) 10 位元，每秒 5 千萬次取樣的逐漸趨近式類比至數(shù)位轉(zhuǎn)換器。此 類比至數(shù)位轉(zhuǎn)換器在 1.2 伏特的電壓下，其功率消耗為 0.92 毫瓦，有效位元為 8.48 bits，等效的 FOM 僅為 52 fJ/conversion-step。然而，單調(diào)式的電容切換機(jī)制會導(dǎo)致比 較器輸入端訊號共模電壓的改變，使得比較器的動(dòng)態(tài)偏移嚴(yán)重影響電路的效能。為了 改善這個(gè)問題，我們提出一個(gè)改良版的比較器電路，可以有效控制比較器的動(dòng)態(tài)偏移 量。此外，在電路內(nèi)部改採用非同步操作方式以避免使用數(shù)倍於取樣速度的高頻時(shí)脈 訊號，降低系統(tǒng)整合的複雜度。同樣在 0.13 微米互補(bǔ)式金氧半電晶體製程下，我們 實(shí)現(xiàn)另一個(gè) 10 位元，每秒 5 千萬次取樣的逐漸趨近式類比至數(shù)位轉(zhuǎn)換器。