KR101725833B1 - Ten bit successive approximation register analog to digital converter - Google Patents

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KR101725833B1
KR101725833B1 KR1020160062057A KR20160062057A KR101725833B1 KR 101725833 B1 KR101725833 B1 KR 101725833B1 KR 1020160062057 A KR1020160062057 A KR 1020160062057A KR 20160062057 A KR20160062057 A KR 20160062057A KR 101725833 B1 KR101725833 B1 KR 101725833B1
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digital
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윤광섭
김정흠
조경호
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기를 제시하고 있다.
본 발명에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기는 아날로그 신호를 입력받아 POR회로에서 리셋 신호를 생성하는 입력부; 및
최상위 비트 단을 4분할한 커패시터 디지털 아날로그 변환기를 포함하며 상기 리셋신호를 받아들여 디지털 신호로 출력하는 출력부;를 포함할 수 있다.
이를 통해, 아날로그 입력신호가 충전되는 최상위 커패시터 단을 4분할하여 4배 많은 스위치를 사용함으로써, 처음 인가한 아날로그 입력신호와 거의 일치하는 값을 얻을 수 있게 된다.
또한 이를 통해서 원하는 신호를 복원하기 수월해지고 해상도를 높이는 효과를 가질 수 있게 된다.
The present invention proposes a 10-bit sequence comparison type analog-to-digital converter.
A 10-bit sequential comparison type analog-to-digital converter according to the present invention includes an input unit for receiving an analog signal and generating a reset signal in a POR circuit; And
And an output unit including a capacitor digital-to-analog converter in which the most significant bit stage is divided into four, and receiving the reset signal and outputting the digital signal as a digital signal.
Thus, by using four times as many switches as the uppermost capacitor stage to which the analog input signal is charged, it is possible to obtain a value almost equal to the analog input signal applied for the first time.
It also makes it easier to restore the desired signal and has the effect of increasing the resolution.

Description

10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기{TEN BIT SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ANALOG TO DIGITAL CONVERTER}[0001] DESCRIPTION [0002] TEN BIT SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ANALOG TO DIGITAL CONVERTER [

본 발명은 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기에 관한 내용으로서, 더욱 상세하게는 최상위 비트의 커패시터 단을 4분할하여 아날로그 입력의 선형성을 향상시키고 해상도를 높인 디지털 변환기에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a digital converter which divides the capacitor bit of the most significant bit into quadrants to improve the linearity of the analog input and increase the resolution.

아날로그/디지털 변환기는 여러 가지 응용 분야의 다양한 기준에 부합하는 여러 종류의 기술들이 제안 되고 실제 적용되고 있으며, 특히 무선 통신 기기에서 사용되는 아날로그/디지털 변환기는 무선 통신 기기의 특성 상 적은 전력 소모가 문제로 대두되고 있다. The analog-to-digital converters have been proposed and practically applied to various types of technologies in accordance with various standards of various application fields. Particularly, the analog-to-digital converters used in wireless communication devices have problems such as low power consumption .

또한, 광대역 통신에 대한 관심이 높아지면서 적은 전력 소모에 더하여 더욱 빠른 속도로 동작하는 아날로그/디지털 변환기가 요구되고 있다.Also, as interest in broadband communication increases, there is a demand for an analog-to-digital converter that operates at a higher speed in addition to lower power consumption.

다양한 아날로그-디지털 변환기 중에서, 축차 비교형 아날로그/디지털 변환기(Successive Approximation Analog/Digital Converter)는 커패시터 디지털 아날로그 변환기의 충전된 전하를 고속 동적 래치 비교기를 사용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 회로로서, 다른 구조의 아날로그/디지털 변환기에 비해 회로의 구조가 간단하고, 저전력 설계가 가능하다는 특성을 갖는다. Among various analog-to-digital converters, the Successive Approximation Analog / Digital Converter is a circuit for converting an analog signal to a digital signal by using a high-speed dynamic latch comparator to charge the charge of the capacitor digital-analog converter, The structure of the circuit is simple and low-power design is possible as compared with analog / digital converters of other structures.

부재를 나타낸다. Member.

도 1a는 종래 일반적인 4비트 SAR ADC(SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ANALOG TO DIGITAL CONVERTER)의 C-DAC(Capacitor- Digital to Analog Converter)의 예이고, 도 1b는 종래 일반적인 단일 입력 SAR ADC의 DAC 출력을 나타낸 예이다.1A is an example of a C-DAC (Capacitor-Digital to Analog Converter) of a conventional 4-bit SAR ADC (SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ANALOG TO DIGITAL CONVERTER), and FIG. 1B is an example of DAC output of a conventional single- .

먼저 리셋신호와 첫 번째 클럭 신호가 동시에 들어오게 되면 C-DAC Array에

Figure 112016048572007-pat00001
신호가 샘플링된다. (이때
Figure 112016048572007-pat00002
값은
Figure 112016048572007-pat00003
와 같은 값을 갖는다.) First, when the reset signal and the first clock signal come in simultaneously, the C-DAC array
Figure 112016048572007-pat00001
The signal is sampled. (At this time
Figure 112016048572007-pat00002
The value is
Figure 112016048572007-pat00003
And has the same value.)

그 다음, 두 번째 클럭 신호가 입력되기 전에 아날로그 입력 신호

Figure 112016048572007-pat00004
값이 입력되고, C-DAC Array에
Figure 112016048572007-pat00005
값이 저장된다. Then, before the second clock signal is input,
Figure 112016048572007-pat00004
Value is entered, and the C-DAC
Figure 112016048572007-pat00005
The value is stored.

두 번째 클럭이 동작하게 되면, 이때부터 비교와 변환이 시작하게 된다. When the second clock is activated, the comparison and conversion starts from this point.

도 1a 및 도 1b에서 보면

Figure 112016048572007-pat00006
값이
Figure 112016048572007-pat00007
값보다 작은 값을 갖기 때문에 비교기 출력이 ‘1’을 갖는다.1A and 1B,
Figure 112016048572007-pat00006
The value is
Figure 112016048572007-pat00007
Value, the comparator output has a value of " 1 ".

C-DAC array에

Figure 112016048572007-pat00008
값만큼 저장하게 되고, 다시 비교를 진행하게 된다. 역시
Figure 112016048572007-pat00009
값이
Figure 112016048572007-pat00010
값보다 작기 때문에 비교기 출력에 ‘1’을 갖게 된다. In a C-DAC array
Figure 112016048572007-pat00008
Value, and the comparison is resumed. Also
Figure 112016048572007-pat00009
The value is
Figure 112016048572007-pat00010
Value, it will have a '1' in the comparator output.

따라서 이때 C-DAC Array에

Figure 112016048572007-pat00011
값을 저장하게 된다. 세 번째 클럭 신호가 동작하게 되면
Figure 112016048572007-pat00012
값과
Figure 112016048572007-pat00013
을 비교하게 되는데, 이 값은
Figure 112016048572007-pat00014
보다 큰 값을 가지므로
Figure 112016048572007-pat00015
값을 갖게 된다. Therefore, the C-DAC array
Figure 112016048572007-pat00011
Value. When the third clock signal is activated
Figure 112016048572007-pat00012
Value and
Figure 112016048572007-pat00013
The value of which is
Figure 112016048572007-pat00014
Since it has a larger value
Figure 112016048572007-pat00015
Value.

네 번째 클럭 신호가 동작하면

Figure 112016048572007-pat00016
값과
Figure 112016048572007-pat00017
값을 비교하고 역시 더 큰 값을 가지므로 ‘0’의 출력을 갖고
Figure 112016048572007-pat00018
값을 취한다. When the fourth clock signal is operating
Figure 112016048572007-pat00016
Value and
Figure 112016048572007-pat00017
Compares values and also has a larger value, so it has an output of '0'
Figure 112016048572007-pat00018
Value.

다섯 번째 클럭 신호가 동작할 때,

Figure 112016048572007-pat00019
값과
Figure 112016048572007-pat00020
값과 비교를 하게 되고, ‘1’값을 갖게 되어 최종 디지털 출력이 다음의 ‘11001’값을 나타내게 된다. When the fifth clock signal is operating,
Figure 112016048572007-pat00019
Value and
Figure 112016048572007-pat00020
Value, and has a value of '1', so that the final digital output shows the next value '11001'.

결국 최종 출력 전압 값은

Figure 112016048572007-pat00021
값에 단위 커패시턴스
Figure 112016048572007-pat00022
값을 곱한 값이 된다. Finally, the final output voltage value
Figure 112016048572007-pat00021
Unit capacitance to value
Figure 112016048572007-pat00022
Multiplied by the value.

이러한 축차비교형 아날로그 디지털 변환기에서는 커패시터 디지털 아날로그 변환기의 선형성이 해상도를 높이는데 중요한 역할을 한다. In this case, the linearity of the capacitor digital-to-analog converter plays an important role in increasing the resolution.

그러나 축차비교형 아날로그 디지털 변환기는 클럭 속도가 10MHz 이상 빨라졌을 때 해상도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. However, the analog-to-digital converter of the time-series comparator may suffer from a lower resolution when the clock speed is faster than 10 MHz.

이때 처음 샘플링하는 구간에서 아날로그 입력신호를 충분히 충전하기 전에 변환이 이루어지면 원하는 신호를 복원할 수 없게 된다. In this case, if the conversion is performed before the analog input signal is sufficiently charged in the first sampling interval, the desired signal can not be restored.

한국공개특허공보 제10-2011-0048231호Korean Patent Publication No. 10-2011-0048231

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 샘플링 구간에서 커패시터 디지털 아날로그 변환기에 충전되는 아날로그 입력신호의 선형성을 확보하기 위해 커패시터 디지털 변환기의 최상위 비트 단을 4분할하여 선형성을 확보한 기술을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a technique of securing linearity by dividing the most significant bit of a capacitor digital converter into four parts in order to secure linearity of an analog input signal to be charged in a capacitor digital- .

본 발명에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기는,A 10-bit sequence comparison type analog-to-digital converter according to the present invention comprises:

아날로그 신호를 입력받아 리셋 신호를 생성하는 입력부; 및An input unit for receiving an analog signal and generating a reset signal; And

최상위 비트 단을 4분할한 커패시터 디지털 아날로그 변환기를 포함하며 상기 리셋 신호를 받아들여 디지털 신호로 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And an output unit for receiving the reset signal and outputting the digital signal as a digital signal.

바람직하게는, 상기 입력부는 D-플립플롭 구조를 사용하여 상기 아날로그 신호를 Reset 신호로 구현하는 POR모듈을 포함할 수 있다.Preferably, the input unit may include a POR module that implements the analog signal as a Reset signal using a D-flip-flop structure.

바람직하게는, 상기 출력부는 커패시터 단을 MSB배열과 LSB배열 두 부분으로 나누는 Split 커패시터를 사용한 커패시터 디지털 아날로그 변환기를 구비한 DAC모듈을 포함할 수 있다.Advantageously, the output may include a DAC module with a capacitor digital-to-analog converter using a split capacitor that divides the capacitor stage into two parts: an MSB array and an LSB array.

바람직하게는, 상기 출력부는 S-R 동적 래치 비교기를 구비한 비교모듈을 더 포함할 수 있다.Advantageously, the output may further comprise a comparison module with an S-R dynamic latch comparator.

바람직하게는, 상기 S-R 동적 래치 비교기는 NAND 게이트 구조일 수 있다.Advantageously, the S-R dynamic latch comparator may be a NAND gate structure.

바람직하게는, 상기 출력부는, 상기 S-R 동적 래치 비교기의 출력값을 저장하고 상기 출력값을 상기 커패시터 디지털 아날로그 변환기에 넘겨주는 피드백 과정을 수행하는 SAR논리회로를 구비한 SAR모듈을 더 포함할 수 있다.Advantageously, the output unit further comprises a SAR module having an SAR logic circuit for performing a feedback process for storing the output value of the S-R dynamic latch comparator and for passing the output value to the capacitor digital-to-analog converter.

바람직하게는, 상기 출력부는 D-플립플롭 구조로 구성되며 상기 SAR모듈의 출력신호를 클럭으로 받아 값을 저장하고 디지털 출력 신호를 출력하는 OutputRegister모듈을 더 포함할 수 있다.The output unit may further include an output register module having a D-flip-flop structure, receiving an output signal of the SAR module as a clock, storing a value, and outputting a digital output signal.

본 발명에 따르면, 아날로그 입력신호가 충전되는 최상위 커패시터 단을 4분할하여 4배 많은 스위치를 사용함으로써, 처음 인가한 아날로그 입력신호와 거의 일치하는 값을 얻을 수 있게 된다. According to the present invention, it is possible to obtain a value almost equal to the analog input signal applied for the first time by dividing the uppermost capacitor stage charged with the analog input signal by four and using four times as many switches.

또한 이를 통해서 원하는 신호를 복원하기 수월해지고 해상도를 높이는 효과를 가질 수 있게 된다.It also makes it easier to restore the desired signal and has the effect of increasing the resolution.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1a는 종래 4비트 SAR ADC의 C-DAC의 예.
도 1b는 종래 단일 입력 SAR ADC의 DAC출력.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 POR 모듈의 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 버퍼 회로의 블록도. 도 5a는 일반적인 C-DAC Array 블록 다이어그램.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 split 커패시터를 사용한 C-DAC Array 블록 다이어그램.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 래치 비교기의 블록도.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 NAND 게이트 구조를 사용한 S-R래치의 블록도.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 SAR 논리 회로의 블록도.

도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 SAR 논리 알고리즘의 예.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 output register의 블록도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 C-DAC 컨트롤 논리 회로 알고리즘의 예.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 C-DAC 컨트롤 논리 회로.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 C-DAC 컨트롤 논리 회로 스위치.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 회로도.
도 12a는 종래 커패시터 디지털 아날로그 변환기의 블록도.
도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 디지털 아날로그 변환기의 블록도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 신호 타이밍도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 동작 순서도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further understand the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1A is an example of a C-DAC of a conventional 4-bit SAR ADC.
Figure 1B shows the DAC output of a conventional single input SAR ADC.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a 10-
3 is a block diagram of a POR module in accordance with one embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a digital buffer circuit according to one embodiment of the present invention. 5A is a block diagram of a general C-DAC array;
5B is a block diagram of a C-DAC array using split capacitors according to an embodiment of the present invention.
6A is a block diagram of a dynamic latch comparator in accordance with one embodiment of the present invention.
6B is a block diagram of an SR latch using a NAND gate structure in accordance with an embodiment of the present invention.
7A is a block diagram of a 10 bit SAR logic circuit in accordance with an embodiment of the invention.

7B is an example of a 10 bit SAR logical algorithm according to an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of an output register according to an embodiment of the present invention;
9 is an example of a C-DAC control logic circuit algorithm according to an embodiment of the present invention.
10A is a C-DAC control logic circuit according to an embodiment of the present invention.
10B is a C-DAC control logic circuit switch in accordance with an embodiment of the present invention.
11 is a circuit diagram of a 10-bit sequential comparison type analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.
12A is a block diagram of a conventional capacitor digital-to-analog converter.
12B is a block diagram of a capacitor digital-to-analog converter in accordance with an embodiment of the present invention.
13 is a signal timing diagram of a 10-bit sequential comparison type analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.
14 is a flowchart illustrating an operation of a 10-bit sequence comparison type analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

본 발명의 실시 예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. The specific structure or functional description presented in the embodiment of the present invention is merely illustrative for the purpose of illustrating an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention can be implemented in various forms.

또한 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.And should not be construed as limited to the embodiments set forth herein, but should be understood to include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

본 발명의 실시예에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기(100)가 제안하는 회로에서 사용한 차동모드의 SAR ADC는 같이 C-DAC Array에

Figure 112016048572007-pat00023
의 같은 크기를 갖는
Figure 112016048572007-pat00024
Figure 112016048572007-pat00025
값만큼 샘플링이 된다. The SAR ADC of the differential mode used in the circuit proposed by the 10-bit sequential comparison type analog-to-digital converter 100 according to the embodiment of the present invention is also used in a C-DAC array
Figure 112016048572007-pat00023
Of the same size
Figure 112016048572007-pat00024
Wow
Figure 112016048572007-pat00025
Sampling is performed.

각각 단일모드와 마찬가지로

Figure 112016048572007-pat00026
에서 n의 수를 늘려가면서 전압 값을 더하거나 빼주게 되는데 각각 (+)단자와 ()단자의 값을 비교하여 마찬가지로 변환을 해나가게 된다. Like each single mode
Figure 112016048572007-pat00026
The voltage value is added or subtracted while increasing the number of n, and the values of the (+) terminal and the () terminal are compared with each other.

단일모드를 사용할 때보다 차동모드를 사용하게 되면 C-DAC array에서 발생할 수 있는 노이즈를 어느 감소시킬 수 있는 장점을 나타내어 해상도를 좀 더 향상시킬 수 있다. Using differential mode rather than single mode has the advantage of reducing the noise that can occur in the C-DAC array, which can further improve the resolution.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기(100)의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a 10-bit sequence comparison type analog-to-digital converter 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기(100)는 입력부(10), 출력부(20)를 포함한다.The 10-bit sequence comparison type analog-to-digital converter 100 according to the present invention includes an input unit 10 and an output unit 20.

입력부(10)는 POR(Power On Reset)모듈(11)를 포함할 수 있다.The input unit 10 may include a power on reset (POR) module 11.

POR모듈(11)은 아날로그 신호(클럭신호, VDD신호 등)를 이용하여 Reset 신호를 생성할 수 있다.The POR module 11 can generate a reset signal using an analog signal (a clock signal, a VDD signal, and the like).

이 Reset 신호는 13번 클럭 신호마다 생성되는데 이 신호가 발생될 때마다 10비트의 SAR ADC가 전체 모든 변환을 완료하게 된다. This reset signal is generated for every 13 clock signals, and every time this signal is generated, the 10-bit SAR ADC completes all the conversion.

즉, 변환을 하는데 기준이 될 뿐만 아니라 모든 회로의 동작을 가능하게 하는 중요한 신호이다. That is, it is an important signal that not only becomes a reference for conversion but also enables the operation of all circuits.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 POR 모듈의 블록도를 나타낸 도이다.3 is a block diagram of a POR module according to an embodiment of the present invention.

도 3에서 보는 바와 같이 D-플립플롭 구조를 사용하여 클럭 신호를 분주하여 Reset 신호가 생성되게 구성할 수 있다. As shown in FIG. 3, a reset signal can be generated by dividing a clock signal using a D-flip-flop structure.

SAR ADC의 입력 부분에서 클럭 신호(CLK)와 리셋 신호(Reset)는 여러 세부 블록에 사용되는 신호이다. The clock signal (CLK) and the reset signal (Reset) at the input of the SAR ADC are the signals used in several detail blocks.

따라서 부하가 많이 걸리거나 노이즈로 인해 클럭과 리셋 신호에 영향을 미칠 수 있다. Therefore, it may take a lot of load or affect the clock and reset signal due to noise.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 버퍼 회로의 블록도를 나타낸 도이다.4 is a block diagram of a digital buffer circuit according to an embodiment of the present invention.

도 4과 같이 버퍼회로를 구성하여 클럭과 리셋 신호 뒤에 설치하여 이와 같은 점을 감소시킬 수 있다.A buffer circuit may be constructed as shown in FIG. 4 and provided behind a clock and a reset signal to reduce the above-described points.

또한, 디지털 출력 부분에도 추후 chip 내부의 기생소자와 PCB 상의 기생소자에 의해서 발생할 수 있는 노이즈를 감소시키고자 이 버퍼 회로를 추가할 수 있다.In addition, this buffer circuit can be added to the digital output part to reduce the noise that may be generated by the parasitic elements inside the chip and the PCB later.

이 때 부하의 크기를 생각해서 버퍼의 크기를 3배씩 늘려 최종 단의 크기를 81배까지 증가시킬 수 있다.At this time, considering the size of the load, the size of the buffer may be increased by 3 times to increase the size of the final stage by 81 times.

출력부(20) 는 DAC(Digital to Analog Converter)모듈(21), 비교모듈(22), SAR모듈(23) 및 OutputRegister모듈(24)를 포함할 수 있다.The output unit 20 may include a digital to analog converter (DAC) module 21, a comparison module 22, an SAR module 23, and an output register module 24.

DAC모듈(21)는 커패시터 디지털 아날로그 변환기(C-DAC)를 포함할 수 있다.The DAC module 21 may include a capacitor digital-to-analog converter (C-DAC).

SAR-ADC(SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ANALOG TO DIGITAL CONVERTER)에서 C-DAC Array는 전력과 면적에서 큰 영향을 미치고, 해상도에도 큰 부분을 차지한다. In a SAR-ADC (SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ANALOG TO DIGITAL CONVERTER), a C-DAC array has a large effect on power and area, and also a large part in resolution.

도 5a는 일반적인 C-DAC Array 블록 다이어그램을 나타낸 도이고,5A is a diagram illustrating a general C-DAC array block diagram,

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 split 커패시터를 사용한 C-DAC Array 블록 다이어그램을 나타낸 도이다.5B is a block diagram of a C-DAC array using split capacitors according to an embodiment of the present invention.

도 5a에서 볼 수 있듯이 C-DAC의 배열은 해상도의 비트 수가 증가함에 따라 2의 지수 배씩 증가하는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 5A, the arrangement of the C-DAC increases by an exponent of 2 as the number of bits of resolution increases.

저 해상도에서는 그 수가 크진 않겠지만, 해상도가 8비트 이상 증가하게 되면 MSB 단의 커패시터의 크기가 기하급수적으로 커져서 회로의 전체 면적을 증가시키고, 이에 따라 전력소모도 늘리는 단점을 야기할 수 있다.If the resolution is increased by 8 bits or more, the size of the capacitors of the MSB may increase exponentially to increase the total area of the circuit, thereby increasing the power consumption.

따라서 도 5b에 보는 바와 같이 커패시터 단을 두 부분으로 나누는 Split 커패시터(

Figure 112016048572007-pat00027
)를 사용하여 C-DAC Array의 크기를 줄일 수가 있다. Therefore, as shown in FIG. 5B, a split capacitor (capacitor)
Figure 112016048572007-pat00027
) Can be used to reduce the size of the C-DAC array.

도 5a 및 도 5b는 같은 10비트의 C-DAC Array이지만 Split 커패시터로 크게 MSB 배열과 LSB 배열 두 부분으로 나누어 5비트의 C-DAC Array 2개로 표현하였다. 5A and 5B show a 10-bit C-DAC array. However, the split capacitor is divided into two parts, an MSB array and an LSB array, and is represented by two 5-bit C-DAC arrays.

Split 커패시터를 LSB 배열과 직렬로 연결하고 아래와 같은 수식을 사용하여 계산하여 적용하였다. Split capacitors are connected in series with the LSB array and calculated using the following equation.

LSB 배열과 Split 커패시터의 조합이 MSB 배열의 LSB와 같아야 하므로 다음과 같은 수식을 나타낼 수 있다. Since the combination of the LSB array and the split capacitor must be equal to the LSB of the MSB array, the following expression can be shown.

Figure 112016048572007-pat00028
Figure 112016048572007-pat00028

Figure 112016048572007-pat00029
Figure 112016048572007-pat00029

앞에서 소개한 C-DAC의 경우는 N비트의 해상도를 나타내기 위해

Figure 112016048572007-pat00030
의 단위 커패시터(
Figure 112016048572007-pat00031
)의 개수가 필요하지만, 이 회로를 사용하면
Figure 112016048572007-pat00032
개의 단위 커패시터와 Split 커패시터만을 사용해서 동일한 성능의 DAC를 만들어 낼 수 있다. In the case of the above-mentioned C-DAC,
Figure 112016048572007-pat00030
Unit capacitor (
Figure 112016048572007-pat00031
), But if you use this circuit
Figure 112016048572007-pat00032
It is possible to create a DAC having the same performance by using only the unit capacitors and the split capacitors.

본 발명에 따라 제안된 회로에서는 매칭 특성을 고려하여 전체 커패시터 배열 주변에 단위 커패시터를 배치하였을 뿐만 아니라 MSB 배열과 LSB 배열의 연결부분에 Split 커패시터와 같은 크기의 더미 커패시터를 사용하였다. In the proposed circuit according to the present invention, not only the unit capacitors are arranged around the entire capacitor array in consideration of the matching characteristics, but also the dummy capacitors having the same size as the split capacitors are used at the connection portion between the MSB array and the LSB array.

이와 같은 레이아웃을 통해서 스케메틱과 유사한 성능의 DAC 동작을 볼 수 있다.This layout allows us to see DAC behaviors similar to Schematic.

일반적인 SAR ADC의 경우 Reset 신호에 ‘1’이 입력되었을 때 아날로그 입력(

Figure 112016048572007-pat00033
) 값이 샘플링되고, 근사화가 진행되는 경우가 있다. In case of general SAR ADC, when '1' is input to the reset signal,
Figure 112016048572007-pat00033
) Values are sampled and the approximation may proceed.

다른 하나는 본 발명에 따라 제안된 회로에서 사용된 동작 원리와 같이 Reset 신호에 ‘1’이 인가되면

Figure 112016048572007-pat00034
를 샘플링하고 다음 CLK 신호가 인가되기 전에
Figure 112016048572007-pat00035
값을 샘플링하게 된다. The other is that when '1' is applied to the reset signal as in the operation principle used in the circuit proposed according to the present invention
Figure 112016048572007-pat00034
And before the next CLK signal is applied
Figure 112016048572007-pat00035
Values are sampled.

이때

Figure 112016048572007-pat00036
값은 MSB 단에만 입력되어 샘플링되기 때문에 MSB 단의 정확도가 해상도에 큰 영향을 끼치게 된다. At this time
Figure 112016048572007-pat00036
Since the value is sampled only at the MSB stage, the accuracy of the MSB stage greatly affects the resolution.

만약 초기에 읽어들이는 데이터가 정확하지 않다면 정확한 데이터를 도출해내기 힘들 수밖에 없다.If the initial data is not accurate, it is hard to get accurate data.

이러한 정확도를 개선하기 위해서 사용한 기법은 MSB 단을 같은 크기의 커패시터 양으로 4분할하는 것이다. The technique used to improve this accuracy is to divide the MSB stage into four equal-sized capacitors.

비교모듈(22)는 S-R 동적 래치 비교기를 구비할 수 있다.The comparison module 22 may comprise an S-R dynamic latch comparator.

도 6a는 동적 래치 비교기 비교기의 블록도를 나타낸 도이다.6A is a block diagram of a dynamic latch comparator comparator.

특히 본 발명의 실시예에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기가 제안하는 회로에서 사용한 동적 래치 비교기(Dynamic Latched 비교기)는 프리앰프를 사용하지 않아 전력효율 측면을 더욱 극대화 시킬 수 있다.In particular, the dynamic latched comparator used in the circuit proposed by the 10-bit sequential comparison type analog-to-digital converter according to the embodiment of the present invention does not use a preamplifier, thereby maximizing the power efficiency.

동적 래치 비교기 비교기는 두 개의 Regenerative Latch와 차동 입력 단으로 구성될 수 있다.Dynamic latch comparator The comparator can be composed of two regenerative latches and a differential input stage.

클럭이 ‘0’이면 출력단자가 모두 ‘0’값으로 리셋되고, 클럭 신호에 ‘1’이 주어지면 Regeneration 모드로 동작하여 두 입력단자의 차이를 비교하여 출력 단에서 ‘0’ 또는 ‘1’의 디지털 출력 값을 나타낼 수 있다.If the clock is '0', all output terminals are reset to '0'. If the clock signal is given '1', it operates in regeneration mode to compare the difference between two input terminals and output '0' or '1' Digital output value can be displayed.

비교기의 출력 단에는 S-R 래치를 연결하여 앞단 비교기 출력 값에서 불필요한 부분을 제거하고 뿐만 아니라 바람직하지 못한 과도기 잡음을 감소시킬 수 있다.An S-R latch may be connected to the output of the comparator to remove unwanted portions from the output of the previous comparator as well as to reduce undesirable transient noise.

이때 S-R 래치의 구조는 NOR 게이트 구조와 NAND 게이트 구조 두 가지가 사용될 수 있다.In this case, the structure of the S-R latch can be a NOR gate structure and a NAND gate structure.

DAC_P와 DAC_N이 차동입력 단자이고, OutP와 OutN이 S-R 래치의 입력 단과 연결되는 출력 부분이다. DAC_P and DAC_N are differential input terminals, and OutP and OutN are connected to the input terminal of the S-R latch.

도 6b는 NAND 게이트 구조를 사용한 S-R 래치 구조이다. 6B is an S-R latch structure using a NAND gate structure.

SAR모듈(23)는 10-bit SAR Logic(SAR 논리 회로)을 구비할 수 있다.The SAR module 23 may comprise a 10-bit SAR Logic (SAR logic circuit).

OutputRegister모듈(24)는 최종 디지털 출력 신호를 출력한다.The OutputRegister module 24 outputs the final digital output signal.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 SAR 논리 회로의 블록도를 나타낸 도이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 SAR 논리 알고리즘의 예를 보인 도이다.FIG. 7A is a block diagram of a 10-bit SAR logic circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B is an example of a 10-bit SAR logic algorithm according to an embodiment of the present invention.

SAR 논리회로는 도 7a에서 볼 수 있듯이 D-플립플롭을 기반으로 구성될 수 있다.The SAR logic circuit can be configured based on a D-flip-flop, as can be seen in FIG. 7A.

SAR 논리회로는 비교기의 출력 값을 저장하고 다시 C-DAC에 넘겨주어 피드백 과정을 통해 근사화 과정이 진행될 수 있도록 하는 논리과정을 진행하는 블록이다.The SAR logic circuit stores the output value of the comparator, passes it to the C-DAC, and performs a logic process to allow the approximation process to proceed through the feedback process.

D-플립플롭을 기본 블록으로 크게 쉬프트 레지스터 (Shift Register)와 출력 단 (Output Stage)을 구성할 수 있다.The D-flip-flop can be composed of a shift register and an output stage as a basic block.

쉬프트 레지스터는 말 그대로 출력 값을 저장하고 클럭 신호가 인가될 때마다 저장된 출력 값을 다음 블록으로 넘겨주는 역할을 한다. The shift register literally stores the output value and transfers the stored output value to the next block whenever the clock signal is applied.

Reset에 ‘1’값이 인가되면 첫 번째 D-플립플롭의 Q에 ‘1’이 저장할 수 있다.When '1' is applied to Reset, '1' can be stored in Q of the first D flip-flop.

다음 클럭이 인가될 때 마찬가지로 다음 블록의 Q에 ‘1’이 저장되고, Qb의 값이 출력 단의 D-플립플롭을 동작시키고 비교기에서 나온 데이터를 출력 값으로 도출할 수 있다.Similarly, when the next clock is applied, '1' is stored in the Q of the next block, and the value of Qb can operate the D-flip flop of the output stage and derive the data from the comparator as an output value.

출력 단의 두 번째 D-플립플롭이 동작할 때의 Q값이 첫 번째 D-플립플롭의 클럭으로 인가되어 최종 Q값이 결정되고, 이 값이 디지털 출력의 MSB 값이 될 수 있다.The Q value of the second D flip-flop in the output stage is applied to the clock of the first D flip-flop to determine the final Q value, which can be the MSB value of the digital output.

즉, 첫 번째 단인 쉬프트 레지스터의 Q값은 첫 번째 클럭에서 ‘10000 00000’이 되고, 두 번째 클럭에서 ‘01000 00000’ 이처럼 1이 한칸 씩 이동하게 된다. That is, the Q value of the first stage shift register becomes '10000 00000' at the first clock and '1000 00000' at the second clock.

이 값에 의해서 출력 단이 동작하게 되고, 출력단의 데이터는 비교기의 출력데이터를 받아 값을 저장할 수 있다.This value allows the output stage to operate, and the output stage data can receive the output data from the comparator and store the value.

이와 같은 과정이 반복되면 12클럭 이후 MSB부터 LSB까지 최종 디지털 출력이 결정될 수 있다.If this process is repeated, the final digital output can be determined from MSB to LSB after 12 clocks.

추가적으로 쉬프트 레지스터의 마지막 블록에서 나온 출력이 SAR_EOC 신호 ‘1’값을 저장할 수 있다.Additionally, the output from the last block of the shift register can store the SAR_EOC signal '1' value.

이 값이 출력 레지스터 (Output Register)로 인가되어 최종 디지털 출력을 저장하고, 출력을 내보낼 수 있다. This value can be applied to an output register to store the final digital output and to output the output.

다음 변환과정이 일어나는 동안 이 값을 c출력 레지스터에 저장하고 있다가 SAR_EOC 신호를 받아 다시 새로운 출력 값을 저장할 수 있다.This value can be stored in the c output register while the next conversion process takes place, and the SAR_EOC signal can be received to store the new output value again.

SAR 논리 알고리즘이 도 7b에 제시되어 있다.The SAR logic algorithm is shown in Figure 7b.

이 때, 출력 레지스터는 D-플립플롭으로 구성되며 SAR_EOC 신호를 클럭으로 받아 값을 저장하고 출력 데이터를 내보낼 수 있다.In this case, the output register is composed of a D-flip-flop, and the SAR_EOC signal can be clocked to store the value and output the output data.

도 8에 출력 레지스터의 블록도가 제시되어 있다.A block diagram of the output register is shown in Fig.

SAR Logic에서 나온 데이터를 받아 최종 디지털 출력으로 내보낼 수 있다.It can receive data from SAR Logic and export it to the final digital output.

이 값은 앞 절에서 설명한 디지털 버퍼를 통과하여 최종 결과로 나올 수 있다.This value can be passed through the digital buffer described in the previous section, resulting in a final result.

C-DAC Array에 전하량을 저장하고 비교기에 전압 값을 입력하기 위해서는 이를 제어하는 컨트롤 블록이 필요할 수 있다. In order to store the charge quantity in the C-DAC Array and to input the voltage value to the comparator, it may be necessary to control it.

POR모듈(11)에서 생성된 출력 값인 Reset 신호와 SAR 논리회로에서 만들어지는 출력 값

Figure 112016048572007-pat00037
신호에 의해서 C-DAC Array 회로를 동작시킬 수 있다.A reset signal which is an output value generated by the POR module 11 and an output value produced by the SAR logic circuit
Figure 112016048572007-pat00037
The C-DAC array circuit can be operated by a signal.

클럭 신호, 리셋신호 그리고 비교기 출력의 타이밍도에 맞춰서 동작할 수 있다.It can be operated according to the timing of the clock signal, the reset signal, and the comparator output.

Reset에 ‘1’이 입력되면 Top plate 스위치에

Figure 112016048572007-pat00038
가 저장되고, Bottom Plate에는
Figure 112016048572007-pat00039
신호가 인가될 수 있다.If '1' is input to Reset,
Figure 112016048572007-pat00038
And the bottom plate
Figure 112016048572007-pat00039
A signal can be applied.

(차동에서는 (

Figure 112016048572007-pat00040
)단자에는
Figure 112016048572007-pat00041
신호가 인가된다.) 다음 클럭이 동작하기 전인 Reset 신호와
Figure 112016048572007-pat00042
신호가 모두 ‘0’일 때, 아날로그 신호인
Figure 112016048572007-pat00043
(
Figure 112016048572007-pat00044
)이 Bottom Plate에 인가될 수 있다.(In differential)
Figure 112016048572007-pat00040
) Terminal
Figure 112016048572007-pat00041
Signal is applied.) Before the next clock operation, the reset signal
Figure 112016048572007-pat00042
When the signals are all '0', the analog signal
Figure 112016048572007-pat00043
(
Figure 112016048572007-pat00044
) Can be applied to the bottom plate.

두 번째 클럭 신호 때부터 모든 변환 주기가 끝날 때까지 Reset 신호는 ‘0’으로 고정되고, SAR 논리회로의 출력인

Figure 112016048572007-pat00045
의 동작여부에 따라서 컨트롤 회로가 동작할 수 있다.The reset signal is fixed to '0' until the end of the conversion cycle from the second clock signal to the output of the SAR logic circuit
Figure 112016048572007-pat00045
The control circuit can operate according to whether or not the control circuit is operated.

Reset 신호가 ‘0’으로 고정된 상태에서

Figure 112016048572007-pat00046
이 ‘1’이면 High, ‘0’이면 Low 값을 갖고, 동작할 수 있다.When the reset signal is fixed at '0'
Figure 112016048572007-pat00046
Is '1', and has a Low value if it is '0', and can operate.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 C-DAC 컨트롤 논리 회로 알고리즘의 예를 나타낸 도로서, 도 9에 이와 같은 동작 알고리즘에 대해서 나타내고 있다. FIG. 9 shows an example of a C-DAC control logic circuit algorithm according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 shows such an operation algorithm.

도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 C-DAC 컨트롤 논리 회로를 나타낸 도이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 C-DAC 컨트롤 논리 회로 스위치를 나타낸 도이다.10A is a diagram illustrating a C-DAC control logic circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a diagram illustrating a C-DAC control logic circuit switch according to an embodiment of the present invention.

도 10a에서는 이러한 알고리즘으로 동작하기 위한 회로를 구성한 모습이다. In Fig. 10A, a circuit for operating with such an algorithm is configured.

마지막의 두 단은 스위치를 동작시키기 위해 기본 인버터 사이즈의 3배 크기를 사용하여 드라이빙 능력을 향상시켰다. The last two stages improved the driving ability by using a size three times the size of the basic inverter to operate the switch.

도 10a에 나와 있는 논리 회로를 이용하여 도 10b의 스위치를 동작시켜 C-DAC Array 회로를 구동할 수 있다.The logic circuit shown in Fig. 10A can be used to operate the switch of Fig. 10B to drive the C-DAC array circuit.

이때, 스위치의 Width는 최소사이즈의 4배로 할 수 있고, 뒷 단에

Figure 112016048572007-pat00047
크기의 더미 스위치를 배치하여 Charge Injection과 Clock Feedthrough 현상을 최소화할 수 있다.At this time, the switch width can be set to four times the minimum size,
Figure 112016048572007-pat00047
Sized dummy switches can be placed to minimize charge injection and clock feedthrough.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터 디지털 아날로그 변환기의 최상위 비트 단을 4분할하여 설계한 축차비교형 아날로그 디지털 변환기(100){SAR(Succesive Approximation Register)ADC(Analog to Digital Converter)}의 전체 블록도이다. 11 is a block diagram showing the overall configuration of a sequential comparison type analog-to-digital converter (ADC) 100 (an analog to digital converter (ADC)) designed by dividing the most significant bit end of a capacitor digital- Block diagram.

본 발명이 제안하는 축차 비교형 디지털 변환기(100)의 전체 수행과정은POR(Power On Reset)모듈(11)에서 리셋 신호를 만들어 변환을 초기화하고, 커패시터 디지털 아날로그 변환기(C-DAC Array)를 포함한 DAC모듈(21)에 저장된 전하량이 동/고, OutputRegister모듈(24_를 통해 최종 디지털 신호를 출력하고, SAR_EOC(End of Conversion) 신호를 생성하여 변환과정을 마무리하는 것으로 요약할 수 있다.The overall procedure of the digital-to-analog converter 100 proposed by the present invention is such that a reset signal is generated by a power on reset (POR) module 11 to initialize the conversion, and a capacitor digital-to- The amount of charge stored in the DAC module 21 is changed, and the final output signal is outputted through the OutputRegister module 24_, and a SAR_EOC (End of Conversion) signal is generated, thereby completing the conversion process.

도 12a는 종래 커패시터 디지털 아날로그 변환기의 블록도이고, 도 12b는 본 발명에서 제안하는커패시터 디지털 아날로그 변환기의 블록도이다. 12A is a block diagram of a conventional capacitor digital-to-analog converter, and FIG. 12B is a block diagram of a capacitor digital-to-analog converter proposed in the present invention.

도 12a에 나타난 것처럼, 기존 회로의 최상위 비트 단의 구성은 단위 커패시턴스 값의

Figure 112016048572007-pat00048
배 만큼 곱한 값이 사용되었는데, 도 12b에 나타난 본 발명에 따른 커패시터 디지털 아날로그 변환기는 이 값을 4분할하여 단위 커패시턴스를 4배한 값을 최상위 비트 단으로 사용할 수 있다.As shown in Fig. 12A, the configuration of the most significant bit of the existing circuit is the same as that of the unit capacitance value
Figure 112016048572007-pat00048
The capacitor digital-to-analog converter according to the present invention shown in FIG. 12B can use a value obtained by dividing the value by four and multiplying the unit capacitance by four as the most significant bit.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 신호 타이밍도를 나타낸 도이다. 13 is a diagram illustrating signal timing diagrams of a 10-bit sequential comparison type analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.

도 13에서 확인할 수 있듯이 리셋 신호가 입력되고 다음 클럭 신호가 인가되기 전에 아날로그 입력 신호가 인가되는데 이 때 아날로그 입력 신호가 충전되는 단이 최상위 비트 단이다. As shown in FIG. 13, the analog input signal is applied before the reset signal is input and the next clock signal is applied, where the stage where the analog input signal is charged is the most significant bit stage.

따라서 이 때 아날로그 값을 제대로 입력 받지 못하면 제대로 된 값을 복원하기 어렵게 된다. Therefore, if the analog value is not properly input at this time, it becomes difficult to restore a proper value.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기의 동작 순서도이다.FIG. 14 is an operational flowchart of a 10-bit sequence comparison type analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.

전술한 내용에 따라 클럭신호(아날로그 입력신호)를 입력받아 입력부(10)를 통해 POR모듈(11)을 거치고(s10), 출력부(20)에서 DAC모듈(21)을 통해 커패시터 디지털 아날로그 변환을 수행후(s20), 비교모듈(22)을 통해 S-R 동적 래치 비교기를 거쳐(s30), SAR모듈(23)의 SAR 논리회로를 통해(s40) 최종적으로 OutputRegister(s40)를 지나 디지털 신호가 출력된다(s50), (Analog input signal) according to the above-mentioned description, and receives the clock signal (analog input signal) through the POR module 11 through the input unit 10 at step s10 and the capacitor digital-analog conversion at the output unit 20 through the DAC module 21 After the operation (s20), a digital signal is output via the SR dynamic latch comparator (s30) through the comparison module 22, finally through the SAR logic circuit of the SAR module (s40), and finally through the OutputRegister (s40) (s50),

본 발명에 따르면 기존의 최상위 비트 단에서 사용한 같은 크기의 스위치를 3개 더 사용하여 본원발명의 최상위 비트단을 구성할 수 있다.According to the present invention, the most significant bit stage of the present invention can be configured by using three more switches of the same size used in the most significant bit stage of the present invention.

스위치를 3개 더 사용하여 최상위 비트 단에서 충전되는 속도를 기존보다 빠르게 하여 클럭 속도가 일정 이상 빨라졌을 때 발생할 수 있는 아날로그 입력신호의 오차를 감소시킬 수 있다. By using three more switches, it is possible to reduce the error of the analog input signal which occurs when the clock speed is faster than a certain speed by speeding up the charging at the most significant bits.

스위치를 1개만 사용하면 4개를 사용했을 때보다 아날로그 입력을 받는 속도가 느려서 원하는 만큼 값을 받기도 전에 다음 클럭으로 넘어가게 되고 원하는 값을 얻지 못하게 된다. If only one switch is used, the speed of receiving analog input is slower than that of 4, so it goes to the next clock before getting the desired value, and the desired value is not obtained.

점선으로 표시된 부분보다 실선으로 표시된 값이 실제로 처음에 받으려고 했던 아날로그 입력 값과 유사하여 오차를 줄일 수 있고, 전체 변환기의 유효비트수를 증가시키는 효과를 가져 올 수 있다.The value indicated by the solid line is more similar to the analog input value which is actually received at the beginning than the portion indicated by the dotted line, so that the error can be reduced and the effect of increasing the number of effective bits of the entire converter can be obtained.

앞에서 설명하였지만, 도 12a는 아이디어를 적용하지 않은 일반적인 C-DAC array 회로의 모습이고, 그럼 도 12b는 본 발명에 따라 제안된 MSB단이 적용된 C-DAC array의 블록다이어그램이다. 12A is a diagram of a general C-DAC array circuit not applying the idea, and FIG. 12B is a block diagram of a C-DAC array to which the MSB stage proposed according to the present invention is applied.

모의실험을 통해

Figure 112016048572007-pat00049
의 커패시터 양을 갖는 MSB단을
Figure 112016048572007-pat00050
의 같은 크기로 나누어 스위치를 4배 더 증가시켰다. Through simulation
Figure 112016048572007-pat00049
RTI ID = 0.0 > MSB < / RTI >
Figure 112016048572007-pat00050
And the switch was increased four times.

Figure 112016048572007-pat00051
의 값이 charging 되는 속도보다
Figure 112016048572007-pat00052
의 크기로 동시에 4개의 노드에서 한번에 charging 되기 때문에 변환 속도에 비교적 영향을 덜 받는 결과를 얻어낼 수가 있다.
Figure 112016048572007-pat00051
The value of
Figure 112016048572007-pat00052
Of the total number of nodes simultaneously charged at four nodes, so that the conversion rate is relatively less influenced.

실제로 본 발명을 통한 SAR ADC의 모의실험 시

Figure 112016048572007-pat00053
의 아날로그 정현파를 입력주파수,
Figure 112016048572007-pat00054
의 샘플링 주파수에서
Figure 112016048572007-pat00055
Figure 112016048572007-pat00056
의 모의 실험 결과를 나타내었고, 일반적인 SAR ADC는
Figure 112016048572007-pat00057
의 결과를 보여서 효과적인 결과를 얻어내는 것을 확인할 수 있었다.In fact, in the simulation of the SAR ADC using the present invention
Figure 112016048572007-pat00053
The analog sinusoidal wave of the input frequency,
Figure 112016048572007-pat00054
At the sampling frequency of
Figure 112016048572007-pat00055
silver
Figure 112016048572007-pat00056
, And a typical SAR ADC is shown in Fig.
Figure 112016048572007-pat00057
The results are shown in Fig.

이와 같은 과정을 반복하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 복원할 수 있다.This process can be repeated to restore the analog signal to a digital signal.

이 때, 커패시터 디지털 아날로그 변환기의 최상위 비트 단을 4분할로 수정하여 아날로그 입력이 저장되는 시간을 단축하여 선형성을 확보할 수 있다.In this case, the most significant bit of the capacitor digital-to-analog converter can be modified into quadrants to shorten the time for storing the analog input, thereby securing the linearity.

이를 통해서 원하는 신호를 복원하기 수월해지고 해상도를 높이는 효과를 가질 수 있게 된다.This makes it easier to restore the desired signal and increase the resolution.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였다. 그러나 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.The present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the embodiments described above and that various modifications and changes may be made by one of ordinary skill in the art without departing from the scope of the present invention, It is to be understood that the technical idea of the present invention extends to the extent possible.

Claims (7)

아날로그 신호를 입력받아 리셋 신호를 생성하는 입력부; 및
최상위 비트 단을 4분할한 커패시터 디지털 아날로그 변환기를 포함하며 상기 리셋 신호를 받아들여 디지털 신호로 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
An input unit for receiving an analog signal and generating a reset signal; And
And an output unit for receiving the reset signal and outputting the digital signal as a digital signal, wherein the 10-bit sequence comparison type analog-to-digital converter includes a capacitor digital-to-analog converter in which a most significant bit is divided into four parts.
제1항에 있어서,
상기 입력부는 D-플립플롭 구조를 사용하여 상기 아날로그 신호를 Reset 신호로 구현하는 POR모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
The method according to claim 1,
Wherein the input unit includes a POR module for implementing the analog signal as a Reset signal using a D-flip-flop structure.
제1항 또는 제2에 있어서,
상기 출력부는 커패시터 단을 MSB배열과 LSB배열 두 부분으로 나누는 Split 커패시터를 사용한 커패시터 디지털 아날로그 변환기를 구비한 DAC모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein the output section includes a DAC module having a capacitor digital-to-analog converter using a split capacitor dividing the capacitor stage into two parts, an MSB array and an LSB array.
제3항에 있어서,
상기 출력부는 S-R 동적 래치 비교기를 구비한 비교모듈을 더 포함한 것을 특징으로 하는 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
The method of claim 3,
Wherein the output further comprises a comparison module having an SR dynamic latch comparator.
제4항에 있어서,
상기 S-R 동적 래치 비교기는 NAND 게이트 구조인 것을 특징으로 하는 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
5. The method of claim 4,
Wherein the SR dynamic latch comparator is a NAND gate structure.
제4항에 있어서,
상기 출력부는, 상기 S-R 동적 래치 비교기의 출력값을 저장하고 상기 출력값을 상기 커패시터 디지털 아날로그 변환기에 넘겨주는 피드백 과정을 수행하는 SAR논리회로를 구비한 SAR모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
5. The method of claim 4,
Wherein the output unit further comprises a SAR module having an SAR logic circuit for performing a feedback process for storing an output value of the SR dynamic latch comparator and for passing the output value to the capacitor digital- Type analog-to-digital converter.
제6항에 있어서,
상기 출력부는 D-플립플롭 구조로 구성되며 상기 SAR모듈의 출력신호를 클럭으로 받아 값을 저장하고 디지털 출력 신호를 출력하는 OutputRegister모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 10비트 축차 비교형 아날로그 디지털 변환기.
The method according to claim 6,
Wherein the output unit further comprises an output register module having a D-flip-flop structure and receiving an output signal of the SAR module as a clock and storing a value and outputting a digital output signal.
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