تکنیک سوئیچ‌زنی خازنی جدید با حساسیت کم به تغییرات ولتاژ حالت مشترک برای مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال تقریب متوالی تفاضلی

الموضوعات :

الهام خورشیدی ¹ (گروه برق، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بوشهر، بوشهر، ایران)
عبدالرسول قاسمی ² (گروه برق، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بوشهر، بوشهر، ایران)

تاريخ الإرسال : 01 الخميس , ذو القعدة, 1440 تاريخ التأكيد : 17 الجمعة , جمادى الأولى, 1442 تاريخ الإصدار : 08 الأحد , شعبان, 1442

الکلمات المفتاحية: مبدل آنالوگ به دیجیتال تقریب متوالی, روش سوئیچ زنی یکنوا, روش سوئیچ زنی switchback, تغییرات ولتاژ حالت مشترک, SAR ADC, Monotonic, Switchback, Common Mode Voltage,

ملخص المقالة :

در این مقاله سعی گردیده ضمن بیان نحوه عملکرد مبدل تقریب متوالی، به بررسی بلوک‌های تشکیل دهنده‌ی این مبدل پرداخته شده‌است و سهم هریک از مدارات در توان مصرفی کل عنوان شدهاست و سعی بر آن بودهاست تا توان مصرفی مبدل کاهش یابد. از آنجا که زیر مبدل دیجیتال به آنالوگ و مقایسه‌گر به ترتیب بیشترین مصرف توان را در این نوع مبدل دارند اکثر طراحان برای کاهش توان مصرفی به این دو قسمت توجه می‌کنند. از بین این دو مدار طراحی زیر مبدل آرایه خازنی اهمیت بیشتری دارد بنابراین یک مبدل تقریب متوالی تمام تفاضلی با روش سوئیچ‌زنی پیشنهادی برای کاهش توان مصرفی زیرمبدل آرایه خازنی ارائه شده‌است. مزیت اصلی این ساختار در نصف بودن مقدار کل خازن مورد نیاز در آن در مقایسه با ساختار تمام تفاضلی دودویی متعارف می‌باشد. در این مبدل، انرژی مصرفی زیر مبدل دیجیتال به آنالوگ نسبت به ساختار متعارف %86 و ساختار یکنوا %24.65 کاهش یافته‌است. به دلیل عملکرد سوئیچ‌زنی مکمل آرایه خازنی نیم مدار بالایی و پایینی، باعث شده تغییرات ولتاژ حالت مشترک ورودی‌های مقایسه‌کننده از گام دوم به بعد ثابت بوده و این ثابت بودن تغییرات ولتاژ حالت مشترک خطینگی مدار مبدل را بهتر می‌کند که از مزایای روش پیشنهادی می‌باشد. همه شبیه سازی‌ها در تکنولوژی 0.18 µm CMOS و با منبع تغذیه 1.8 ولت انجام می‌شود.

المصادر:

[1] A. Sanyal and N. Sun, “An Energy-Efficient Low Frequency-Dependence Switching Technique for SAR ADC”, IEEE Transactions On Circuits And Systems, Vol. 61, No. 5, PP. 294 – 298, May 2014.

[2] J. Lin and C. Hsieh, “A 0.3 V 10-bit 1.17 f SAR ADC With Merge and Split Switching in 90 nm CMOS”, IEEE Transactions On Circuits And Systems, Vol. 62, No. 1, PP. 70 – 79, Jan. 2015.

[3] G. Ying Huang,et al, “A 1-μW 10-bit 200-kS/s SAR ADC With a Bypass Window for Biomedical Applications”, IEEE Journal Of Solid-State Circuits, Vol. 47, No. 11, PP. 2783 – 2795, November 2012.

[4] G. Ying Huang,et al, “10-bit 30-MS/s SAR ADC Using a Switchback Switching Method”, IEEE Transactions On Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, Vol. 21, No. 3, PP. 584 – 588, March 2013.

[5] C. Liu,et al, “A 10-bit 50-MS/s SAR ADC With a Monotonic Capacitor Switching Procedure”, IEEE Journal Of Solid-State Circuits, Vol. 45, No. 4, PP. 731 – 740, April 2010.

[6] Z.Xiaolei, “High Performance SAR A/D Converter with Calibration Techniques”, PhD. Dissertation, Univ. of Keio, Japan, 2012.

[7] J.Luo, “A 0.9-V 12-bit 100-MS/s 14.6-fJ/Conversion-Step SAR ADC in 40-nm CMOS”, IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, Vol.26, No. 10, PP. 1980 - 1988, July 2018.

[8] Y.Shen, “A Reconfigurable 10-to-12-b 80-to-20-MS/s Bandwidth Scalable SAR ADC”, IEEE Transactions on Circuits and Systems, Vol.65, No. 1, PP. 51-60, July 2017.

[9] V. Giannini, et al, “An 820 µW 9 b 40 MS/s noise-tolerant dynamic-SAR ADC in 90 nm digital CMOS”, in IEEE ISSCC Dig. Tech. Papers, Feb. 2008, pp. 238–239.

[10] A.Rasool.Ghasemi and et al., “A low-power capacitor switching scheme with low common-mode voltage variation for successive approximation ADC”, in Microelectronics Journal, vol.61, pp.15-20, March 2017.