一個使用重新切換技巧並搭配輸入位移電壓校正的三百五十萬取樣速率的十二位元次區間連續漸進式類比數位轉換器

Abstract

類比數位轉換器可以被廣泛的應用在音頻訊號中。本論文提出一個每秒三百五十萬次的十二位元連續漸進式類比數位轉換器，並實現在0.13微米的製程。此連續漸進式類比數位轉換器是應用在一個喇叭系統的架構中。 此設計為次區間類比數位轉換器。我們使用了偵測與迴避演算法以及重新切換技巧來改善線性度。更甚者，我們有發現裸晶上的內部變異對線性度的影響。取樣電路部分，我們採用底板取樣來避免增益布匹配以及訊號相關的電荷注入。取樣不匹配也有在此論文中被討論。我們使用疊接的動態兩級比較器來節省功耗以及達到十二位元的噪聲規格。比較器的再生輸出錯誤有在此論文中被討論並避免其發生。 在音頻輸入範圍，此次區間連續漸進式類比數位轉換器可以達到十點六一的有效位元、七十三點五四分貝的無雜散訊號動態範圍、以及六十七點零一的信噪比。此作品在四百萬取樣頻率之奈奎斯特輸入時可以達到十點三九的有效位元、七十二點一六分貝的無雜散訊號動態範圍、以及六十五點六四的信噪比。在一點五伏特的供電電壓以及一點二伏特的參考電壓下，此作品的功耗為三百一十五點六微瓦。

An analog-to-digital converter (ADC) can be widely used in audio applications. This thesis presents a 3.5MS/s 12-bit ADC in TSMC 0.13um process. The SAR prototype is for a specially designed speaker system. This design is a Sub-Ranging successive-approximation register (SAR) ADC. The Detect-and-Skip algorithm and Re-Switching technique are used to improve linearity. Moreover, I noticed how the in-die variation effect affects the linearity. In sampling circuits, I applied bottom-plate sampling to avoid gain mismatch and signal-dependent charge injection. The sampling mismatch is also discussed in this work. I apply the cascoded dynamic two-stage comparator to save power and achieve the 12-bit noise. The regeneration error is also presented. In the audio band, this Sub-Ranging SAR ADC achieves an ENOB of 10.61, an SFDR of 73.54dB, and an SNR of 67.01dB at 1MS/s. Moreover, it achieves an ENOB of 10.39, an SFDR of 72.16dB, and an SNR of 65.64dB at 4MS/s with Nyquist rate input. It consumes 315.6uW with a 1.5V supply and a 1.2V reference voltage.