一種單端10-bit SAR ADC IP核的設(shè)計(jì)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
1．2 DAC電路架構(gòu)
本文采用的DAC架構(gòu)如圖1所示，主要采用分割二進(jìn)制電容加權(quán)結(jié)構(gòu)，由逐次逼近邏輯(SAR)產(chǎn)生的控制信號(hào)S0到S11來(lái)控制DAC的開(kāi)關(guān)。其中：
的能量。在進(jìn)行第二位的比較時(shí)，DAC進(jìn)行兩種轉(zhuǎn)換：如果Vsh>Vdac，進(jìn)行“up”轉(zhuǎn)換，即C1接Vref(C1起始接GND)，因此Vdac=3／4Vref，則需要從參考電壓吸收的能量；相反地，如果VshVdac則需要進(jìn)行“down”轉(zhuǎn)換，如圖4所示；C1接Vref(C1起始接GND)而C2接GND(C2起始接Vref)，因此Vdac=1／4Vref，假設(shè)它們?cè)谕粫r(shí)間進(jìn)行變換，則需要的能量。它所需要的能量是“up”轉(zhuǎn)換時(shí)能量的5倍；發(fā)生這種情況是因?yàn)镃2最開(kāi)始充進(jìn)去的電荷都必須向地(GND)放走，而C1則必須從參考電壓(Vref)上吸收電荷。而分割電容陣列在轉(zhuǎn)換時(shí)的能量消耗較少。為了與上述例子進(jìn)行比較，也拿一個(gè)2-bit的分割電容陣列為例，如圖4所示，其中C1p=C2p=C1n=C2n=C0。清零階段，所有電容全部接GND，沒(méi)有能量消耗。當(dāng)清零過(guò)后，進(jìn)行第一位的比較時(shí)，C1p與C2p的下極板接Vref，DAC的輸出Vdac等于1／2Vref，其中Vref是參考電壓，此時(shí)電容從參考電壓吸收的能量。當(dāng)進(jìn)行第二位的轉(zhuǎn)換時(shí)，DAC進(jìn)行兩種轉(zhuǎn)換；如果Vsh>Vdac，進(jìn)行“up”轉(zhuǎn)換，即C1n接Vref(C1n起始接GND)，需要從參考電壓吸收的能量；相反的，如果VshVdac，則需要進(jìn)行“down”轉(zhuǎn)換，如圖4所示；C1p接GND(C1p起始接Vref)，需要從參考電壓吸收
。本文引用地址：http://2s4d.com/article/176406.htm
從上述可以看出，傳統(tǒng)電容陣列在“up”轉(zhuǎn)換時(shí)消耗能量最少，而在“down”轉(zhuǎn)換時(shí)消耗能量最大，而分割電容陣列相對(duì)來(lái)說(shuō)消耗的能量較少。通過(guò)仿真可以得知，本文所用的SAR ADC結(jié)構(gòu)由于電容偏轉(zhuǎn)所消耗的平均能量比傳統(tǒng)的SAR ADC要節(jié)省30％左右。
對(duì)于高速應(yīng)用的ADC來(lái)說(shuō)，一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)就是DAC的建立時(shí)間。在“down”轉(zhuǎn)換過(guò)程中，傳統(tǒng)電容陣列中需要有兩個(gè)電容進(jìn)行切換，而控制電容轉(zhuǎn)換的開(kāi)關(guān)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的任何不匹配，無(wú)論是隨機(jī)的還是確定的，都可以引起電容陣列向錯(cuò)誤的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換，甚至引起前置放大器的過(guò)載。而分割電容陣列在每一位的比較過(guò)程中，只有一個(gè)電容變化時(shí)，對(duì)開(kāi)關(guān)信號(hào)的歪斜有很好的抵制作用。圖5是通過(guò)仿真對(duì)兩個(gè)電容陣列的建立時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比。從仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)分割電容陣列和傳統(tǒng)陣列開(kāi)關(guān)時(shí)間的寬度相同時(shí)，分割電容陣列的建立時(shí)間比傳統(tǒng)陣列的建立時(shí)間快了8％左右，而且電容值越大，建立時(shí)間縮小的越明顯。
1．3 比較器電路架構(gòu)
文中采用的比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化如圖6所示，它是由三級(jí)預(yù)放大和鎖存器組成，其中一、二級(jí)預(yù)放大器結(jié)構(gòu)相同。比較器的失調(diào)電壓是影響比較器比較精度的一個(gè)重要參數(shù)，進(jìn)而影響整個(gè)ADC的精度，而失調(diào)電壓是經(jīng)過(guò)放大器放大之后再存儲(chǔ)在電容上的，所以放大級(jí)的增益不能太大。過(guò)大的增益會(huì)使輸出飽和，這樣存儲(chǔ)在電容上的電壓就不能反映真實(shí)的失調(diào)電壓的值，所以三級(jí)預(yù)放大器每一極均有較小的增益，這樣做還可以獲得較大的帶寬，提高比較器整體的響應(yīng)速度。但是比較器的增益過(guò)低，則會(huì)影響其精度，而鎖存器的使用則是為了提高比較器的增益，同時(shí)又降低其功耗，進(jìn)而提高比較器的有效精度。
評(píng)論