5位元10GS/s類比/數位轉換器-以0.18-μm CMOS製程製作

Abstract

隨著數位應用及信號系統的大量增加，市場對於高速類比/數位轉換器的需求與日俱增。其中快閃式架構的類比/數位轉換器，適用於以高速要求為主，並且不需要高解析度的應用。舉例而言, 硬碟驅動系統的讀寫，通訊系統， 微波電子天文望遠鏡，以及每秒十億取樣的微波接收器，都屬於此應用範圍。 我們提出了一個五位元，每秒十億次取樣的類比/數位轉換器。其採用了分散式取樣，並且以數位補償製程不匹配所產生的偏差電壓。取樣的方式，是以電流模式的正反器(current-mode flipflops)來實現，由於取消了訊號路徑上的開關，故可避免來自於輸入訊號變化造成失真。我們以五位元的數位方式做校正偏差電壓。此轉換器是以0.18-μm金氧半電晶體製程製做，其差動及積分非線性失真分別是0.4及0.6 LSB。在10 GHz的取樣頻率下，其有效位數為4.05位元。本電路類比部份使用1.8伏特的電壓，包括時脈緩衝級的消耗功率為 560 mW 。晶片總面積為1.58 mm × 1.11 mm。

With the increasing use of digital computing and signal processing, the need of high-speed ADCs increases with time. Flash ADCs are still the architecture of choice, where maximum sampling rate and need no high resolution. For example, read-write channel of a disk drive systems, communication systems, microwave telescope array, and 10-GSamples/s microwave receiver are the cases. A 5-b 10-GSample/s analog-to-digital converter incorporates distributed sampling and digital offset calibration techniques. The sampling is accomplished by current-mode flipflops, eliminating the input-dependent distortions. The offset is calibrated digitally with a resolution of 5 bits. Fabricated in 0.18-μm CMOS technology, this converter achieves differential and integral nonlinearities of 0.4 and 0.6 LSB, respectively, and 4.05 effective bits at a sampling rate of 10 GHz. The circuit consumes 560 mW from a 1.8-V supply and occupies an area of 1.58 mm × 1.11 mm including pads.