基于新型電容陣列切換方式的10位低功耗SAR ADC

孫甜甜

（西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安710121）

基于新型電容陣列切換方式的10位低功耗SAR ADC

孫甜甜

（西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安710121）

文中提出了一種10位低功耗逐次逼近（Successive-Approximation-Register，SAR）模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter，ADC），內(nèi)部數(shù)/模轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)采用一種新型的電容陣列開關(guān)切換方式，通過(guò)分段電容陣列、時(shí)序初始化和子參考電壓來(lái)降低能耗，相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電容陣列的轉(zhuǎn)換能耗減小了97.6%，單位電容數(shù)量減小了87%。整個(gè)ADC采用65 nm CMOS工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)采樣頻率為50 KS/s，輸入正弦波信號(hào)頻率為1.5 kHz左右時(shí)，ADC的有效位數(shù)（Effective Number of Bits，ENOB）為9.91位，總功耗低于450 nW，面積為136 μm×176 μm，非常適合植入式生物醫(yī)療電子的應(yīng)用。

模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；逐次逼近；新型電容開關(guān)切換技術(shù)；分段電容；低功耗

目前集成電路特征尺寸已經(jīng)減小到納米級(jí)，片上系統(tǒng) （System-on-Chip，SoC）的集成度也大幅提高。逐次逼近 （Successive-Approximation-Register，SAR）模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 （Analog-to-Digital Converter，ADC）憑借結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、面積小、功耗低等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于無(wú)線植入式生物醫(yī)療電子器件、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)等低功耗領(lǐng)域[1-2]。最近幾年，關(guān)于SAR ADC中低能耗D/A轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的研究日益增多[3-15]，其中，文獻(xiàn)[3]通過(guò)拆分最高有效位（Most-Significant-Bit，MSB）對(duì)應(yīng)的電容來(lái)節(jié)約能耗，文獻(xiàn)[4]中提出了一種單調(diào)向下的電容陣列切換方案，有效減小了轉(zhuǎn)換能耗，文獻(xiàn)[5]通過(guò)利用子基準(zhǔn)電壓Vcm來(lái)降低能耗，文獻(xiàn)[6]通過(guò)將Vcm與單調(diào)切換技術(shù)相結(jié)合來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化電容陣列的轉(zhuǎn)換能耗，文獻(xiàn)[7]和[8]在轉(zhuǎn)換最高3位時(shí)均沒(méi)有能量消耗，文獻(xiàn)[9]采用多基準(zhǔn)電壓和時(shí)序初始化的方式來(lái)降低電容陣列的能耗。然而，文獻(xiàn)[3-6]中提出的方法在面積、能耗方面還有優(yōu)化空間，文獻(xiàn)[6-8]中的方法，雖然功耗較小，但時(shí)序邏輯比較復(fù)雜，文獻(xiàn)[9]中雖然減小了電容陣列的能耗，但子基準(zhǔn)產(chǎn)生電路會(huì)消耗一定量靜態(tài)功耗。……