KR102380254B1 - Time-interleaved bandpass sar adc and method for mismatch shaping using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본원은 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC 및 그의 부정합 교정 방법에 관한 것이다.The present application relates to a time interleaving-based bandpass SAR ADC and a mismatch correction method thereof.
아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Converter, ADC)는 연속적인 값을 표현하는 아날로그 형태로 구성된 신호를 이산적인 양의 값을 표현하는 디지털 형태의 신호(예를 들면, n개의 비트열)로 변환하여 주는 장치를 의미한다. 이러한 ADC의 종류에는 파이프라인 ADC(Pipelined ADC), 연속 근사 레지스터(Successive Approximation Register, SAR), 델타 시그마 ADC 등이 있다.Analog Digital Converter (ADC) is a device that converts an analog signal representing a continuous value into a digital signal representing a discrete positive value (for example, a string of n bits) means Examples of such ADCs include pipelined ADCs, successive approximation registers (SARs), and delta-sigma ADCs.
특히, 모바일용 고화질 디스플레이 시스템 등에서는 10비트 이상의 해상도 및 80MS/s 이상의 동작속도를 갖는 고성능의 ADC가 요구되며, 이러한 성능 요구 조건을 만족하기 위해 주로 파이프라인 구조의 ADC가 사용되어 왔다. 또한, 공정기술이 발달함에 따라 디지털 회로 기반의 SAR ADC에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만 해상도의 증가에 따라 내부회로의 동작속도가 증가하는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 파이프라인 구조 및 동일한 ADC 여러 개를 병렬로 연결하는 타임 인터리빙(Time-interleaved, T-I) 구조를 적용하여 고해상도 및 고속의 ADC를 구현할 수 있다.In particular, a high-performance ADC having a resolution of 10 bits or more and an operation speed of 80 MS/s or more is required in a high-definition display system for mobile use. In order to satisfy these performance requirements, an ADC having a pipeline structure has been mainly used. In addition, as process technology develops, research on digital circuit-based SAR ADCs is being actively conducted, but there is a disadvantage in that the operation speed of the internal circuit increases as the resolution increases. In order to overcome these shortcomings, a high-resolution and high-speed ADC can be implemented by applying a pipeline structure and a time-interleaved (T-I) structure in which several identical ADCs are connected in parallel.
이와 관련하여, 복수 개의 채널을 통한 타임 인터리빙 구조의 ADC의 경우, 커패시터 간의 부정합(Mismatch)에 의해 신호에 의존적인(Signal Dependent) 하모닉이 대역 내(In-band)에 발생하여 성능을 악화시킬 수 있다. 구체적으로, 타임 인터리빙 구조의 ADC에서 커패시터 간의 부정합(Mismatch)은 복수 개의 채널 각각에 대하여 연관성이 있는 Routing Mismatch와 채널과의 연관성이 없는 Process Mismatch로 구분되어 발생하게 된다.In this regard, in the case of an ADC having a time interleaving structure through a plurality of channels, signal-dependent harmonics may occur in-band due to mismatch between capacitors, thereby deteriorating performance. there is. Specifically, in the ADC having a time interleaving structure, a mismatch between capacitors is generated by being divided into a routing mismatch related to each of a plurality of channels and a process mismatch not related to the channel.
전술한 Routing Mismatch, Process Mismatch 등을 교정하기 위하여 개별 채널에서의 디지털 출력 값을 기초로 한 데이터 가중 평균법(Data Weight Averaging, DWA)을 통한 미스매치 쉐이핑을 적용할 수 있으나, 타임 인터리빙 구조에의 적용을 위하여는 채널 간의 직접적인 상호 작용이 없도록 하는 디지털 로직이 요구된다.In order to correct the aforementioned routing mismatch, process mismatch, etc., mismatch shaping through data weight averaging (DWA) based on digital output values from individual channels can be applied, but application to time interleaving structure For this, digital logic that prevents direct interaction between channels is required.
한편, 종래의 문헌 [J. Liu, X. Wang, Z. Gao, M. Zhan, X. Tang and N. Sun, "9.3 A 40kHz-BW 90dB-SNDR Noise-Shaping SAR with 4Х Passive Gain and 2nd-Order Mismatch Error Shaping"] 에서 개시하는 미스매치 쉐이핑 기법은 단일 채널에 대하여만 한정적으로 적용될 수 있는 기법에 해당하므로, 복수의 채널을 포함하는 타임 인터리빙 구조의 ADC에 대하여 적용될 경우에는 오히려 화이트 노이즈(White Noise)를 증가시켜 성능을 악화시키는 한계를 갖는다.On the other hand, the conventional literature [J. Liu, X. Wang, Z. Gao, M. Zhan, X. Tang and N. Sun, "9.3 A 40kHz-BW 90dB-SNDR Noise-Shaping SAR with 4Х Passive Gain and 2nd-Order Mismatch Error Shaping"] Since the mismatch shaping technique is a technique that can be applied only to a single channel, when applied to an ADC having a time interleaving structure including a plurality of channels, it increases white noise and deteriorates performance. has a limit to
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1299215호에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present application is disclosed in Korean Patent No. 10-1299215.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 채널을 포함하는 타임 인터리빙 구조를 갖는 아날로그 디지털 변환기에서의 복수의 커패시터 소자의 미스매치에 의한 성능 저하를 해결할 수 있는 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC 및 그의 부정합 교정 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present application is intended to solve the problems of the prior art, and a time interleaving-based band capable of solving performance degradation due to mismatch of a plurality of capacitor elements in an analog-to-digital converter having a time interleaving structure including a plurality of channels It aims to provide a pass-through SAR ADC and a method for correcting its mismatch.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC는, 미리 설정된 샘플링 주기마다 아날로그 신호를 샘플링한 입력 신호를 기초로 디지털 변환을 각각 수행하여 상기 아날로그 신호에 대응하는 디지털 신호를 순차적으로 출력하는 복수의 채널을 포함하는 SAR 변환부, 상기 샘플링 주기에 기초하여 상기 아날로그 신호를 상기 입력 신호로 샘플링하는 복수의 커패시터 소자를 포함하는 디지털-아날로그 변환부 및 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 복수의 커패시터 소자에 대한 최상위 비트부터 최하위 비트까지의 할당 순서를 결정하는 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행하는 미스매치 쉐이핑부를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the time interleaving-based bandpass SAR ADC according to an embodiment of the present application performs digital conversion based on an input signal sampling an analog signal at each preset sampling period. A digital-to-analog conversion comprising: a SAR converter including a plurality of channels for sequentially outputting a digital signal corresponding to the analog signal; and a plurality of capacitor elements for sampling the analog signal as the input signal based on the sampling period and a mismatch shaping unit that performs data weight averaging for determining an allocation order from the most significant bit to the least significant bit for the plurality of capacitor elements based on the negative and the digital signal.
또한, 상기 미스매치 쉐이핑부는, 상기 복수의 채널 중 어느 하나의 채널에서 출력된 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 어느 하나의 채널에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정할 수 있다.Also, the mismatch shaping unit may determine the allocation order applied to the one channel based on the digital signal output from the one channel among the plurality of channels.
또한, 상기 미스매치 쉐이핑부는, 상기 어느 하나의 채널에서 출력된 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 어느 하나의 채널을 기준으로 두 주기 후에 수행되는 샘플링 동작과 연계된 상기 할당 순서를 결정할 수 있다.In addition, the mismatch shaping unit may determine the allocation order associated with a sampling operation performed two cycles after the one channel based on the digital signal output from the one channel.
또한, 상기 복수의 채널은 제1채널, 제2채널 및 제3채널을 포함할 수 있다.In addition, the plurality of channels may include a first channel, a second channel, and a third channel.
또한, 상기 미스매치 쉐이핑부는, 상기 제1채널에서 n번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 제1채널의 n+6번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정하고, 상기 제2채널에서 n+1번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 제2채널의 n+7번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정하고, 상기 제3채널에서 n+2번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 제3채널의 n+8번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정할 수 있다.In addition, the mismatch shaping unit determines the allocation order applied to the n+6th sampling period of the first channel based on a digital signal outputted corresponding to the nth sampling period in the first channel, and The allocation order applied to the n+7th sampling period of the second channel is determined based on the digital signal output corresponding to the n+1th sampling period in the second channel, and n+2 in the third channel The allocation order applied to the n+8th sampling period of the third channel may be determined based on the digital signal output corresponding to the th sampling period.
또한, 상기 복수의 커패시터 소자는 제1커패시터 소자 내지 제M커패시터 소자를 포함할 수 있다.In addition, the plurality of capacitor elements may include a first capacitor element to an M-th capacitor element.
또한, 상기 미스매치 쉐이핑부는, 상기 제1커패시터 소자에서 상기 제M커패시터 소자를 향하는 순서인 제1순서로 상기 할당 순서를 결정하는 순방향 할당과 상기 제1순서와 반대되는 순서인 제2순서로 상기 할당 순서를 결정하는 역방향 할당을 교번하여 적용할 수 있다.In addition, the mismatch shaping unit may be configured to perform a forward assignment that determines the assignment order in a first order, which is an order from the first capacitor element to the Mth capacitor element, and a second order opposite to the first order. The reverse assignment that determines the assignment order may be alternately applied.
또한, 상기 미스매치 쉐이핑부는, n-6번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 복수의 커패시터 소자 중에서 n번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 순방향 할당 또는 상기 역방향 할당의 시작점에 해당하는 커패시터 소자를 결정할 수 있다.In addition, the mismatch shaping unit, based on the digital signal output corresponding to the n-6th sampling period, corresponds to the starting point of the forward allocation or the reverse allocation applied to the nth sampling period among the plurality of capacitor elements. The capacitor element can be determined.
또한, 상기 미스매치 쉐이핑부는, 하기 식 1에 따른 미스매치 전달함수에 기초하여 상기 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행할 수 있다.Also, the mismatch shaping unit may perform the data weight averaging based on the mismatch transfer function according to
또한, 상기 SAR 변환부는, n번째 샘플링 주기에 대응하여 상기 디지털 변환이 수행된 후 상기 디지털-아날로그 변환부에 잔여하는 잔류 신호에 기초하여 n+2번째 샘플링 주기에 대응하는 상기 디지털 변환을 수행할 수 있다.In addition, the SAR converter may perform the digital conversion corresponding to the n+2th sampling period based on the residual signal remaining in the digital-analog converter after the digital conversion is performed in response to the nth sampling period. can
또한, 상기 디지털 변환에 사용되는 샘플링된 아날로그 신호와 상기 잔류 신호의 두 샘플링 주기 차이에 의해 상기 아날로그 신호가 소정의 통과 대역에 대응하는 디지털 신호로 변환되는 대역통과 특성이 구현되는 것일 수 있다.In addition, a bandpass characteristic in which the analog signal is converted into a digital signal corresponding to a predetermined passband by a difference between two sampling periods of the sampled analog signal used for the digital conversion and the residual signal may be implemented.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC에 대한 부정합 교정 방법은, 복수의 커패시터 소자에 기초하여 아날로그 신호를 타임 인터리빙을 통해 순차적으로 샘플링하여 복수의 채널에 인가될 입력 신호를 생성하는 단계 및 상기 복수의 채널 각각이 상기 입력 신호를 기초로 디지털 변환을 수행하여 상기 아날로그 신호에 대응하는 디지털 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, in the mismatch correction method for a bandpass SAR ADC based on time interleaving according to an embodiment of the present application, an input signal to be applied to a plurality of channels by sequentially sampling an analog signal through time interleaving based on a plurality of capacitor elements and outputting a digital signal corresponding to the analog signal by performing digital conversion by each of the plurality of channels based on the input signal.
또한, 상기 입력 신호를 생성하는 단계는, 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 복수의 커패시터 소자에 대한 최상위 비트부터 최하위 비트까지의 할당 순서를 결정하는 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행할 수 있다.In addition, the generating of the input signal may include performing data weight averaging to determine an allocation order from the most significant bit to the least significant bit for the plurality of capacitor elements based on the digital signal.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 복수의 채널을 포함하는 타임 인터리빙 구조를 갖는 아날로그 디지털 변환기에서의 복수의 커패시터 소자의 미스매치에 의한 성능 저하를 해결할 수 있는 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC 및 그의 부정합 교정 방법을 제공할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, a time interleaving-based bandpass SAR ADC capable of solving performance degradation due to mismatch of a plurality of capacitor elements in an analog-to-digital converter having a time interleaving structure including a plurality of channels, and A method for correcting its mismatch can be provided.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 복수의 채널 사이에 직접적인 상호 작용을 발생시키지 않도록 디지털 출력을 지연시켜 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행함으로써 타임 인터리빙 구조의 SAR ADC에서 발생 가능한 대역 내(In-band)의 하모닉 성분을 감소시키는 부정합 교정(Mismatch Shaping)을 수행할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, data weight averaging is performed by delaying the digital output so as not to cause direct interaction between a plurality of channels, so that in a SAR ADC having a time interleaving structure ( Mismatch shaping for reducing in-band harmonic components may be performed.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 복수의 채널 사이에 직접적인 상호 작용이 발생되지 않는 디지털 로직 기반의 부정합 교정을 수행함으로써, 간단하게 디지털 회로를 구성할 수 있는 이점이 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, there is an advantage that a digital circuit can be easily configured by performing digital logic-based mismatch correction in which direct interaction between a plurality of channels does not occur.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 타임 인터리빙 기반 대역 통과 SAR ADC의 개략적인 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 타임 인터리빙 기반 대역 통과 SAR ADC의 개략적인 구성도이다.
도 3은 타임 인터리빙 ADC의 채널 간 부정합에 의해 발생하는 인터리빙 스퍼(Spur)를 타임 인터리빙 ADC의 채널 개수에 따라 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 SAR 변환부의 세부 구성도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 디지털-아날로그 변환부의 세부 구성도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging) 기법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7 및 도 8은 종래의 미스매칭 쉐이핑 기법에 의할 때의 화이트 노이즈 및 하모닉의 변화를 나타낸 도면이다.
도 9는 복수의 채널을 포함하는 대역 통과 SAR ADC에 대한 본원의 미스매칭 쉐이핑 기법에 의할 때의 화이트 노이즈 및 하모닉의 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 본원의 다른 실시예에 따른 파이프라인 구조의 타임 인터리빙 기반 대역통과 SAR ADC의 제1스테이지 및 제2스테이지 각각의 구조 및 기능을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 본원의 다른 실시예에 따른 파이프라인 구조의 타임 인터리빙 기반 대역통과 SAR ADC에 대한 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 12는 본원의 일 실시예에 따른 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC에 대한 부정합 교정 방법에 대한 동작 흐름도이다.1 is a conceptual diagram for explaining a schematic operation of a time interleaving-based bandpass SAR ADC according to an embodiment of the present application.
2 is a schematic configuration diagram of a time interleaving-based bandpass SAR ADC according to an embodiment of the present application.
3 is a diagram illustrating an interleaving spur generated by mismatch between channels of a time interleaving ADC according to the number of channels of the time interleaving ADC.
4 is a detailed configuration diagram of a SAR converter according to an embodiment of the present application.
5 is a detailed configuration diagram of a digital-to-analog converter according to an embodiment of the present application.
6 is a conceptual diagram for explaining a data weight averaging technique according to an embodiment of the present application.
7 and 8 are diagrams illustrating changes in white noise and harmonics when a conventional mismatching shaping technique is used.
9 is a diagram illustrating changes in white noise and harmonics according to the mismatch shaping technique of the present application for a bandpass SAR ADC including a plurality of channels.
10 is a conceptual diagram for explaining the structure and function of each of a first stage and a second stage of a time interleaving-based bandpass SAR ADC of a pipeline structure according to another embodiment of the present application.
11 is a schematic block diagram of a time interleaving-based bandpass SAR ADC of a pipeline structure according to another embodiment of the present application.
12 is an operation flowchart of a mismatch correction method for a bandpass SAR ADC based on time interleaving according to an embodiment of the present application.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily carry out. However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "electrically connected" or "indirectly connected" with another element interposed therebetween. "Including cases where
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is positioned “on”, “on”, “on”, “on”, “under”, “under”, or “under” another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본원은 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC 및 그의 부정합 교정 방법에 관한 것이다.The present application relates to a time interleaving-based bandpass SAR ADC and a mismatch correction method thereof.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 타임 인터리빙 기반 대역 통과 SAR ADC의 개략적인 동작을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 타임 인터리빙 기반 대역 통과 SAR ADC의 개략적인 구성도이다.1 is a conceptual diagram for explaining a schematic operation of a time interleaving-based bandpass SAR ADC according to an embodiment of the present application, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a time interleaving-based bandpass SAR ADC according to an embodiment of the present application am.
구체적으로, 도 1은 타임 인터리빙 구조의 복수의 채널을 포함하는 대역 통과 SAR ADC에서의 복수의 커패시터 소자 간의 부정합(Mismatch)을 해결하기 위하여 본원에서 개시하는 미스매치 쉐이핑(Mismatch Shaping) 기법과 연계된 타이밍 다이어그램(Timing Diagram)을 나타낸 것일 수 있다.Specifically, FIG. 1 shows a mismatch shaping technique disclosed herein to solve a mismatch between a plurality of capacitor elements in a bandpass SAR ADC including a plurality of channels of a time interleaving structure. A timing diagram may be shown.
또한, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 타임 인터리빙 기반 대역 통과 SAR ADC(100)(이하, '대역 통과 SAR ADC(100)'라 한다.)는, SAR 변환부(110), 디지털-아날로그 변환부(120) 및 미스매치 쉐이핑부(130)를 포함할 수 있다.In addition, referring to FIGS. 1 and 2 , the time interleaving-based bandpass SAR ADC 100 (hereinafter referred to as 'bandpass SAR ADC 100') according to an embodiment of the present application includes a SAR converter ( 110 ), a digital-to-
SAR 변환부(110)는, 미리 설정된 샘플링 주기마다 아날로그 신호를 샘플링한 입력 신호를 기초로 디지털 변환(도 1의 'Convs' 프로세스)을 각각 수행하여 아날로그 신호에 대응하는 디지털 신호를 순차적으로 출력하는 복수의 채널을 포함할 수 있다.The
여기서, 타임 인터리빙을 통해 순차적으로 샘플링한다는 것은, 복수의 채널 중 첫 번째 채널(예를 들면, 도 1의 CHA)에 의한 샘플링이 수행된 후, 복수의 채널 중 두 번째 채널(예를 들면, 도 1의 CHB)에 의한 샘플링이 수행되고, 두 번째 채널에 의한 샘플링이 수행된 후, 세 번째 채널(예를 들면, 도 1의 CHC)에 의한 샘플링이 수행되는 등의 복수의 채널 간의 소정의 순서에 따른 일련의 순차적인 샘플 앤 홀드(Sample & Hold) 동작을 의미하는 것으로 이해될 수 있다Here, sequential sampling through time interleaving means that after sampling by a first channel (eg, CH A in FIG. 1 ) of a plurality of channels is performed, a second channel of a plurality of channels (eg, Between a plurality of channels, such as sampling by the CH B of FIG. 1 ), sampling by the second channel is performed, and sampling by the third channel (eg, CH C in FIG. 1 ) is performed. It may be understood to mean a series of sequential sample and hold operations according to a predetermined order.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, SAR 변환부(110)는 홀수 개의 채널을 포함할 수 있다. 예시적으로, SAR 변환부(110)는 제1채널(CHA), 제2채널(CHB) 및 제3채널(CHC)을 포함하는 3개의 채널로 이루어지는 것일 수 있다. 이하에서는, 도 3을 참조하여, SAR 변환부(110)에 포함되는 채널의 수에 관해 설명하도록 한다.In addition, according to an embodiment of the present application, the
도 3은 타임 인터리빙 ADC의 채널 간 부정합에 의해 발생하는 인터리빙 스퍼(Spur)를 타임 인터리빙 ADC의 채널 개수에 따라 비교하여 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating an interleaving spur generated by mismatch between channels of a time interleaving ADC according to the number of channels of the time interleaving ADC.
구체적으로, 도 3의 (a)는 짝수 개의 채널을 포함하는 타임 인터리빙 ADC에서의 채널 간 부정합에 의한 인터리빙 스퍼를 나타내고, 도 3의 (b)는 홀수 개의 채널을 포함하는 타임 인터리빙 ADC에서의 채널 간 부정합에 의한 인터리빙 스퍼를 나타낸 것이다.Specifically, FIG. 3A shows interleaving spurs due to mismatch between channels in a time interleaving ADC including an even number of channels, and FIG. 3B illustrates a channel in a time interleaving ADC including an odd number of channels. Interleaving spurs due to liver mismatch are shown.
도 3의 (a)를 참조하면, 짝수 개의 채널을 포함하는 경우, 신호(Signal)의 중간 주파수(Intermediate Frequency, IF) 주변으로 좁은 대역폭(Narrow Bandwidth)을 형성하더라도 대역 내(In-band)에 인터리빙 스퍼가 발생하는 반면, 도 3의 (b)를 참조하면, 홀수 개의 채널을 포함하는 경우, 신호(Signal)의 중간 주파수(IF) 주변 대역 내(In-band)로 인터리빙 스퍼가 형성되지 않는 것을 확인할 수 있다.Referring to (a) of FIG. 3 , when an even number of channels are included, even if a narrow bandwidth is formed around the intermediate frequency (IF) of the signal, in-band While interleaving spurs occur, referring to FIG. 3 (b), when an odd number of channels are included, interleaving spurs are not formed in the band around the intermediate frequency (IF) of the signal (In-band). can check that
따라서, 본원에서 개시하는 대역 통과 SAR ADC(100)에 포함되는 복수의 채널의 수는 채널 간 부정합에 의한 인터리빙 스퍼를 방지하기 위하여 홀수 개로 구비되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 대역 통과 SAR ADC(100)의 SAR 변환부(110)는 3개의 채널(CHA, CHB, CHC)을 포함할 수 있다.Therefore, it may be preferable that the number of the plurality of channels included in the
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 SAR 변환부의 세부 구성도이다.4 is a detailed configuration diagram of a SAR converter according to an embodiment of the present application.
도 4를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 대역통과 SAR ADC(100)의 SAR 변환부(110)는, 비교기 소자(111) 및 비동기식 SAR 논리 구조(Async SAR Logic, 112)를 포함할 수 있다. 비교기 소자(111)는 디지털-아날로그 변환부(120)에 의해 아날로그 신호로부터 샘플링된 입력 신호를 소정의 기준 전압과 비교하여 인가된 아날로그 신호에 대응하는 비트 값을 상위 비트(MSB)부터 하위 비트(LSB)까지 순차적으로 결정하여 인가된 아날로그 신호에 대응하는 디지털 신호(Dout)를 출력하기 위한 회로 소자로서, 비교기 소자(111)의 동작에 관한 사항은 축차 비교형 아날로그-디지털 변환기(Successive-approximation ADC)와 관련하여 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.Referring to FIG. 4 , the
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, SAR 변환부(110)의 복수의 채널 각각은 n번째 샘플링 주기에 대응하여 디지털 변환이 수행된 후 디지털-아날로그 변환부(120)의 복수의 커패시터 소자(CDAC)에 잔여하는 잔류 신호에 기초하여 두 샘플링 주기 후인 n+2번째 샘플링 주기에 대응하는 디지털 변환을 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, each of the plurality of channels of the
보다 구체적으로, SAR 변환부(110)의 제1채널(CHA)에서 n-3번째 샘플링 주기(# n-3)에 대응하여 생성된 잔류 신호(Vres)는 n-1번째 샘플링 주기(# n-1)에 대한 디지털 변환을 수행하는 제3채널(CHC)로 인가될 수 있고, 마찬가지로, 제2채널(CHB)에서 n-2번째 샘플링 주기(# n-2)에 대응하여 생성된 잔류 신호(Vres)는 n번째 샘플링 주기(# n)에 대한 디지털 변환을 수행하는 제1채널(CHA)로 인가될 수 있고, 제3채널(CHC)에서 n-1번째 샘플링 주기(# n-1)에 대응하여 생성된 잔류 신호(Vres)는 n+1번째 샘플링 주기(# n+1)에 대한 디지털 변환을 수행하는 제2채널(CHB)로 인가될 수 있다.More specifically, the residual signal V res generated in response to the n-3 th sampling period (# n-3) in the first channel CH A of the
이와 관련하여, 소정의 샘플링 주기에 대한 디지털 변환에 사용되는 입력 신호(달리 말해, 해당 주기에서 샘플링된 아날로그 신호)와 두 샘플링 주기 전의 디지털 변환 결과 생성된 잔류 신호의 두 샘플링 주기 차이(달리 말해, z-2만큼의 딜레이)에 의해 인가되는 아날로그 신호가 소정의 통과 대역에 대응하는 디지털 신호로 변환되는 대역통과(Bandpass) 특성이 대역통과 SAR ADC(100)에 의해 구현되는 것일 수 있다.In this regard, the difference between the two sampling periods of the input signal used for digital conversion for a given sampling period (in other words, an analog signal sampled in that period) and the residual signal generated as a result of the digital conversion before two sampling periods (in other words, A bandpass characteristic in which an analog signal applied by a delay of z −2 ) is converted into a digital signal corresponding to a predetermined passband may be implemented by the
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 소정의 샘플링 주기에서 수행되는 디지털 변환이 해당 샘플링 주기에 대한 입력 신호와 두 샘플링 주기 이전의 잔류 신호에 기초하여 수행될 수 있도록, 잔류 신호는 소정의 샘플링 주기에 대하여 생성된 후 잔류 필터(Residue Filter) 등에 저장된 후 SAR 변환부(110)로 인가되는 것일 수 있다. 예시적으로, 잔류 필터(Residue Filter)는 잔류 신호를 두 샘플링 주기 동안 저장하기 위한 저장 소자를 포함할 수 있으며, 예시적으로, 저장 소자는 커패시터 소자(CRES)일 수 있다. 구체적으로, 본원의 일 실시예에 따르면, 저장 소자인 커패시터 소자(CRES)는 디지털-아날로그 변환부(120)의 복수의 커패시터 소자(CDAC)와의 전하 공유(Charge Sharing)를 통해 소정의 샘플링 주기에 대한 디지털 변환이 종료된 후 복수의 커패시터 소자(CDAC)에 잔여하는 잔류 신호를 저장하는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, the residual signal has a predetermined sampling period so that digital conversion performed in a predetermined sampling period may be performed based on the input signal for the corresponding sampling period and the residual signal before two sampling periods. After being generated for and stored in a residual filter, it may be applied to the
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 디지털-아날로그 변환부의 세부 구성도이다.5 is a detailed configuration diagram of a digital-to-analog converter according to an embodiment of the present application.
도 5를 참조하면, 디지털-아날로그 변환부(120)는 아날로그 신호의 입력단과 연결되고, 미리 설정된 샘플링 주기마다 폐쇄되어 인가된 아날로그 신호가 복수의 커패시터 소자(CDAC)를 통해 샘플링되도록 하는 스위치 소자(121) 및 샘플링 주기에 기초하여 아날로그 신호를 입력 신호로 샘플링하는 복수의 커패시터 소자(CDAC)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the digital-to-
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 복수의 커패시터 소자(CDAC)는 제1커패시터 소자(C1) 내지 제M커패시터 소자(CM)를 포함하는 M개의 커패시터 소자로 이루어지는 것일 수 있다. 예시적으로, 대역통과 SAR ADC(100)의 해상도 등을 고려하여 결정되는 출력 디지털 신호의 비트 수가 m개일 때, 커패시터 소자의 수 M은 2m개로 결정될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Also, according to an exemplary embodiment of the present disclosure, the plurality of capacitor devices C DAC may include M capacitor devices including the first capacitor device C 1 to the Mth capacitor device C M . For example, when the number of bits of the output digital signal determined in consideration of the resolution of the
다른 예로, 본원의 구현예에 따라서는 커패시터 소자의 수(M)가 2m 보다 큰 값으로 결정되어 후술하는 미스매치 쉐이핑부(130)가 출력 디지털 신호의 비트 수 대비 많은 수의 커패시터 소자를 기초로 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging, DWA)를 적용할 수 있도록 대역통과 SAR ADC(100)가 설계될 수 있다.As another example, according to the embodiment of the present application, the number (M) of the capacitor elements is determined to be greater than 2 m , so that the
미스매치 쉐이핑부(130)는, SAR 변환부(110)에서 타임 인터리빙을 통해 순차적으로 출력되는 디지털 신호에 기초하여 복수의 커패시터 소자(CDAC)에 대한 최상위 비트부터 최하위 비트까지의 할당 순서를 결정하는 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행할 수 있다.The
여기서, 복수의 커패시터 소자(CDAC)에 대한 할당 순서를 결정한다는 것은, 소정의 샘플링 주기에 대하여 인가되는 아날로그 신호를 샘플링하고, 소정의 샘플링 주기에서 수행되는 디지털 변환 후의 잔여 신호를 저장하는 복수의 커패시터 소자(CDAC)의 비트 할당 순서를 샘플링 주기마다 로테이션(스위칭)하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 소정의 샘플링 주기에 대하여는 첫 번째 커패시터 소자가 MSB 비트에 대응되고, 2n 번째 커패시터 소자가 LSB 비트에 대응되도록 할당 순서가 결정되어 샘플링 동작을 수행한 후, 소정의 샘플링 주기 이후에는 커패시터 소자 간의 비트 담당(할당) 순서가 앞서 예시한 패턴과 달라지도록 로테이션(스위칭)되는 것을 의미할 수 있다.Here, determining the allocation order for the plurality of capacitor elements C DAC means that the analog signal applied for a predetermined sampling period is sampled and the residual signal after digital conversion performed in the predetermined sampling period is stored. It may mean rotating (switching) the bit allocation order of the capacitor element C DAC every sampling period. For example, with respect to a predetermined sampling period, the allocation order is determined so that the first capacitor element corresponds to the MSB bit and the 2n -th capacitor element corresponds to the LSB bit, the sampling operation is performed, and after the predetermined sampling period, It may mean that the bit charge (allocation) order between the capacitor elements is rotated (switched) to be different from the previously exemplified pattern.
구체적으로, 미스매치 쉐이핑부(130)는 복수의 커패시터 소자(CDAC)에 포함된 단위 유닛인 커패시터 소자(달리 말해, 제1커패시터 소자 내지 제M커패시터 소자) 각각의 파라미터 차이(예를 들면, 사이즈 차이, 커패시턴스 차이 등)에 의해 발생하는 하모닉(Harmonic) 성분에 의한 대역통과 SAR ADC(100)의 성능 저하를 방지하기 위하여, 변환된 디지털 신호의 비트 정보를 가중 평균하여 복수의 커패시터 소자(CDAC)를 로테이션(스위칭)함으로써 커패시터 소자 간의 부정합(Mismatch)에 의한 영향이 복수의 커패시터 소자(CDAC) 각각의 파라미터 값에 종속되어 편중되는 것을 방지하고, 커패시터 소자 간의 부정합(Mismatch)에 의한 영향이 샘플링 주기마다 랜덤하게 적용되도록 매 샘플링 주기마다 복수의 커패시터 소자(CDAC)의 할당 순서를 조정하는 것일 수 있다.Specifically, the
달리 말해, 미스매체 쉐이핑부(130)는 커패시터 소자 각각을 복수의 단위 요소로 하는 디지털-아날로그 변환부(120)에 대하여, 디지털-아날로그 변환부(120)를 이루는 단위 요소를 샘플링 주기마다 출력되는 디지털 신호의 비트 정보를 기초로 로테이션(스위칭)하여 매 샘플링 주기마다 복수의 커패시터 소자(CDAC) 각각의 할당 순서를 적절히 변경함으로써, 하모닉(Harmonic) 성분이 대역 내(In-band)에서 저감되도록 동작할 수 있다.In other words, the mis-
구체적으로, 미스매치 쉐이핑부(130)는 복수의 채널 중 어느 하나의 채널에서 출력된 디지털 신호(Dout)에 기초하여 해당 채널(달리 말해, 전술한 어느 하나의 채널)에 대하여 적용되는 할당 순서를 결정할 수 있다. 이와 관련하여, 도 1을 참조하면, 도 1의 제1채널(CHA)에 해당하는 행에 표시된 화살표는 제1채널(CHA)에서 n-3번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호인 Dout(n-3)에 기초하여 제1채널(CHA)에서 n+3번째 샘플링 주기에 대응하여 수행되는 샘플링과 연계된 복수의 커패시터 소자(CDAC)의 할당 순서가 결정되는 것을 나타낸 것일 수 있다.Specifically, the
마찬가지로, 도 1의 제2채널(CHB)에 해당하는 행에 표시된 화살표는 제2채널(CHB)에서 n-2번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호인 Dout(n-2)에 기초하여 제2채널(CHB)에서 n+4번째 샘플링 주기에 대응하여 수행되는 샘플링과 연계된 복수의 커패시터 소자(CDAC)의 할당 순서가 결정되는 것을 나타낸 것이고, 도 1의 제3채널(CHC)에 해당하는 행에 표시된 화살표는 제3채널(CHC)에서 n-1번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호인 Dout(n-1)에 기초하여 제3채널(CHC)에서 n+5번째 샘플링 주기에 대응하여 수행되는 샘플링과 연계된 복수의 커패시터 소자(CDAC)의 할당 순서가 결정되는 것을 나타낸 것일 수 있다.Similarly, the arrow indicated in the row corresponding to the second channel (CH B ) of FIG. 1 corresponds to the digital signal D out (n-2) output in response to the n-2th sampling period in the second channel (CH B ). It shows that the allocation order of the plurality of capacitor elements C DAC associated with sampling performed in response to the n+4th sampling period in the second channel CH B is determined based on the third channel ( The arrow indicated in the row corresponding to CH C ) is based on D out (n-1), which is a digital signal output corresponding to the n-1th sampling period in the third channel (CH C ), the third channel (CH C ) It may indicate that the allocation order of the plurality of capacitor elements C DAC associated with sampling performed in response to the n+5th sampling period is determined.
달리 말해, 미스매치 쉐이핑부(130)는, 어느 하나의 채널에서 출력된 디지털 신호(Dout)에 기초하여 해당 채널(달리 말해, 전술한 어느 하나의 채널)을 기준으로 두 주기 후에 수행되는 샘플링 동작과 연계된 할당 순서를 결정하는 것일 수 있다. 즉, SAR 변환부(110)의 복수의 채널에 포함된 채널 각각을 기준으로 하여서는 출력된 디지털 신호가 두 번의 샘플링 주기만큼 경과된 후의 샘플링 동작과 연계된 미스매치 쉐이핑에 관여하는 것일 수 있다.In other words, the
보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 SAR 변환부(110)가 3개의 채널을 포함하는 경우, 제1채널(CHA)에서는 n-3번째 샘플링 주기, n번째 샘플링 주기, n+3번째 샘플링 주기 등에 대응하여 샘플링 동작 및 디지털 변환 동작이 수행되고, 타임 인터리빙을 통해 제2채널(CHB)에서는 n-2번째 샘플링 주기, n+1번째 샘플링 주기, n+4번째 샘플링 주기 등에 대응하여 샘플링 동작 및 디지털 변환 동작이 수행되며, 제3채널(CHC)에서는 n-1번째 샘플링 주기, n+2번째 샘플링 주기, n+5번째 샘플링 주기 등에 대응하여 샘플링 동작 및 디지털 변환 동작이 수행될 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 1 , when the
또한, 제1채널(CHA)의 샘플링 주기가 도래하면, 제1채널(CHA) 만을 기준으로 두 번의 샘플링 주기 이전에 제1채널(CHA)에서 수행된 디지털 변환 동작에 의해 생성된 디지털 신호(예를 들면, Dout(n-6))가 현재 시점의 샘플링 주기(n번째 샘플링 주기)와 연계된 복수의 커패시터 소자(CDAC)의 할당 순서에 반영되고, 이러한 경향은 나머지 채널들(제2채널(CHB) 및 제3채널(CHC))에도 동일하게 적용될 수 있는 것이다.In addition, when the sampling period of the first channel (CH A ) arrives, the digital generated by the digital conversion operation performed on the first channel (CH A ) before two sampling periods based on only the first channel (CH A ) A signal (eg, D out (n-6)) is reflected in the assignment order of the plurality of capacitor elements C DAC associated with the sampling period (nth sampling period) of the current time, and this trend is reflected in the remaining channels (The second channel (CH B ) and the third channel (CH C )) can be equally applied.
종합하면, 미스매치 쉐이핑부(130)는 제1채널(CHA)에서 n번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호(Dout(n))를 기초로 제1채널(CHA)의 n+6번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 할당 순서를 결정할 수 있다. 또한, 미스매치 쉐이핑부(130)는 제2채널(CHB)에서 n+1번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호(Dout(n+1))를 기초로 제2채널(CHB)의 n+7번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 할당 순서를 결정할 수 있다. 또한, 미스매치 쉐이핑부(130)는 제3채널(CHC)에서 n+2번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호(Dout(n+2))를 기초로 제3채널(CHC)의 n+8번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 할당 순서를 결정할 수 있다.In summary, the
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging) 기법을 설명하기 위한 개념도이다.6 is a conceptual diagram for explaining a data weight averaging technique according to an embodiment of the present application.
전술한 CDAC 할당 순서 패턴을 도 6을 참조하여 예시하면, 제1채널(CHA)에서 n-14번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호인 Dout (값: 3)은, 모든 채널을 기준으로 6번의 샘플링 주기 후(참고로, 제1채널(CHA)을 기준으로는 두 번의 샘플링 주기 후)인 n-8번째 샘플링 주기와 연계된 할당 순서에 관여하는 것을 확인할 수 있고, 이는 구체적으로 도 6의 가장 왼쪽에 도시된 화살표의 끝점과 n-8번째 샘플링 주기에 대하여 도시된 화살표의 시작점을 연결하는 수평 방향의 점선을 통해 표현된다.When the above-described C DAC allocation sequence pattern is exemplified with reference to FIG. 6 , D out (value: 3), which is a digital signal output corresponding to the n-14th sampling period in the first channel (CH A ), includes all channels It can be confirmed that it is involved in the allocation sequence associated with the n-8th sampling period, which is after 6 sampling cycles as a reference (for reference, after two sampling cycles with respect to the first channel CH A ). is expressed through a dotted line in the horizontal direction connecting the end point of the leftmost arrow shown in FIG. 6 and the start point of the arrow shown for the n-8th sampling period.
또한, 도 6을 참조하면, 미스매치 쉐이핑부(130)는 제1커패시터 소자(C1)에서 제M커패시터 소자(CM)를 향하는 순서인 제1순서로 할당 순서를 결정하는 순방향 할당과 전술한 제1순서와 반대되는 순서인 제2순서로 할당 순서를 결정하는 역방향 할당을 교번하여 적용할 수 있다. 구체적으로, 순방향 할당은 도 6에서 아래에서 위를 향하는 화살표로 표현되며, 역방향 할당은 도 6에서 위에서 아래를 향하는 화살표로 표현될 수 있다.In addition, referring to FIG. 6 , the
예를 들어, 도 6을 참조하면, 제1채널(CHA)을 기준으로, n-14번째 샘플링 주기에 대응하는 화살표는 순방향 할당에 대응되는 방향(아래에서 위를 향하는 방향)이고, n-8번째 샘플링 주기에 대응하는 화살표는 역방향 할당에 대응되는 방향(위에서 아래를 향하는 방향)이고, n-2번째 샘플링 주기에 대응하는 화살표는 다시 순방향 할당에 대응되는 방향(아래에서 위를 향하는 방향)인 것을 확인할 수 있으며, 이는 나머지 샘플링 주기에 대하여도 동등하게 적용되며, 나아가 다른 채널들에서도 동등하게 적용되는 것을 확인할 수 있다.For example, referring to FIG. 6 , with respect to the first channel CH A , an arrow corresponding to the n-14th sampling period is a direction corresponding to the forward assignment (from bottom to top), and n- The arrow corresponding to the 8th sampling period is a direction corresponding to the backward assignment (a direction from top to bottom), and the arrow corresponding to the n-2th sampling period is again a direction corresponding to the forward assignment (a direction from the bottom to the top) It can be confirmed that , which is equally applied to the remaining sampling period, and further it can be confirmed that it is equally applied to other channels.
또한, 미스매치 쉐이핑부(130)는 소정의 샘플링 주기(예를 들면, n-6번째 샘플링 주기)에 대응하여 출력된 디지털 신호(Dout)를 기초로 복수의 커패시터 소자(CDAC) 중에서 소정의 샘플링 주기의 여섯 샘플링 주기 이후의 샘플링 주기(예를 들면, n번째 샘플링 주기)에 대하여 적용되는 순방향 할당 또는 역방향 할당의 시작점에 해당하는 커패시터 소자를 결정할 수 있다.In addition, the
예를 들어, 제1채널(CHA)에서 n-14번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호(Dout)의 값인 '3'에 의해 제1커패시터 소자(C1)에서부터 순방향으로 세 개의 커패시터 소자만큼 로테이션되어 제3커패시터 소자(C3)가 제1채널(CHA)에 의해 수행되는 여섯 샘플링 주기 후의 샘플링 주기인 n-8번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 역방향 할당의 시작점으로 결정되고, 마찬가지로, n-8번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호(Dout)의 값인 '6'에 의해 제3커패시터 소자(C3)에서부터 역방향으로 여섯 개의 커패시터 소자만큼 로테이션되어 제M-2커패시터 소자(CM-2)가 제1채널(CHA)에 의해 수행되는 n-2번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 순방향 할당의 시작점으로 결정되는 것일 수 있다.For example, three capacitors in the forward direction from the first capacitor element C 1 by '3', which is the value of the digital signal D out , output in response to the n-14th sampling period from the first channel CH A It is rotated by the element so that the third capacitor element C 3 is determined as the starting point of the reverse assignment applied to the n-8th sampling period, which is the sampling period after six sampling periods performed by the first channel CH A , and similarly , is rotated by six capacitor elements in the reverse direction from the third capacitor element (C 3 ) by '6', which is the value of the digital signal (D out ) output in response to the n-8th sampling period, and the M-2th capacitor element ( C M-2 ) may be determined as the starting point of the forward allocation applied to the n-2 th sampling period performed by the first channel CH A.
앞서 상세히 설명한 본원에서의 미스매치 쉐이핑 기법을 수식으로 표현하면 하기 식 1과 같다. 달리 말해, 미스매치 쉐이핑부(130)는 하기 식 1에 따른 미스매치 전달함수(Mismatch Transfer Function)에 기초하여 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행하는 것일 수 있다.The mismatch shaping technique in the present application described in detail above is expressed as
[식 1][Equation 1]
여기서, 는 미스매치 전달함수를 나타내는 것일 수 있다. 또한, 상기 식 1의 z-6 텀은 소정의 채널에서 출력된 디지털 신호(Dout)가 여섯 샘플링 주기 후의 샘플링 동작에 적용되는 커패시터 소자의 할당 순서 결정에 영향을 주는 것을 나타내고, '+' 텀은 순방향 할당과 역방향 할당이 교번되어 수행되는 특징을 반영하는 것일 수 있다.here, may indicate a mismatch transfer function. In addition, the z -6 term of
이하에서는, 도 7 내지 도9를 참조하여 종래의 미스매치 쉐이핑 기법과 본원에서 개시하는 미스매치 쉐이핑 기법에 의할 때의 하모닉 성분 저감 효과와 화이트 노이즈의 변화 정도를 비교하여 설명한다.Hereinafter, the harmonic component reduction effect and the degree of change in white noise between the conventional mismatch shaping technique and the mismatch shaping technique disclosed herein will be described with reference to FIGS. 7 to 9 .
도 7 및 도 8은 종래의 미스매칭 쉐이핑 기법에 의할 때의 화이트 노이즈 및 하모닉의 변화를 나타낸 도면이다.7 and 8 are diagrams illustrating changes in white noise and harmonics when a conventional mismatching shaping technique is used.
구체적으로, 도 7은 단일 채널을 포함하는 SAR ADC에서의 커패시터 소자 간의 미스매치를 쉐이핑하기 위한 종래 기법의 적용에 따른 하모닉 성분과 화이트 노이즈의 변화를 도시한 것이고, 도 8은 도 7에 도시된 종래의 미스매치 쉐이핑 기법을 3개의 채널을 포함하는 타임 인터리빙 구조의 SAR ADC에 대하여 적용한 경우의 하모닉 성분과 화이트 노이즈의 변화를 도시한 것이다.Specifically, FIG. 7 shows changes in a harmonic component and white noise according to the application of a conventional technique for shaping a mismatch between capacitor elements in a SAR ADC including a single channel, and FIG. The diagram shows changes in harmonic components and white noise when the conventional mismatch shaping technique is applied to a SAR ADC having a time interleaving structure including three channels.
도 7을 참조하면, 도 7의 (a)는 종래의 미스매치 쉐이핑 기법이 적용되기 전의 하모닉 성분과 화이트 노이즈 수준을 나타내고, 도 7의 (b)는 종래의 미스매치 쉐이핑 기법이 적용된 후의 하모닉 성분과 화이트 노이즈의 변화를 나타낸 것이다. 참고로, 도 7 및 도 8을 통해 설명하는 종래의 미스매치 쉐이핑 기법에 대한 미스매치 전달함수는 하기 식 2로 표현될 수 있다.Referring to FIG. 7, (a) of FIG. 7 shows the harmonic component and white noise level before the conventional mismatch shaping technique is applied, and FIG. 7(b) shows the harmonic component after the conventional mismatch shaping technique is applied. and white noise. For reference, the mismatch transfer function for the conventional mismatch shaping technique described with reference to FIGS. 7 and 8 may be expressed by
[식 2][Equation 2]
여기서, 는 미스매치 전달함수를 나타내는 것일 수 있다. 또한, 도 7의 (b)를 참조하면, 주파수 성분의 증가에 따라 하모닉 성분이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.here, may indicate a mismatch transfer function. Also, referring to FIG. 7B , it can be seen that the harmonic component greatly increases as the frequency component increases.
또한, 도 8을 참조하면, 도 8의 (a)는 3개의 채널을 포함하는 타임 인터리빙 구조의SAR ADC에서 종래의 미스매치 쉐이핑 기법이 적용되기 전의 하모닉 성분과 화이트 노이즈 수준을 나타내고, 도 8의 (b)는 3개의 채널을 포함하는 타임 인터리빙 구조의SAR ADC에서 종래의 미스매치 쉐이핑 기법이 적용된 후의 하모닉 성분과 화이트 노이즈의 변화를 나타낸 것이다.Also, referring to FIG. 8, (a) of FIG. 8 shows the harmonic component and white noise level before the conventional mismatch shaping technique is applied in the SAR ADC of the time interleaving structure including three channels. (b) shows the change in harmonic component and white noise after the conventional mismatch shaping technique is applied in the SAR ADC of the time interleaving structure including three channels.
도 8의 (b)를 참조하면, 종래의 미스매치 쉐이핑 기법을 적용하면, 오히려 화이트 노이즈 성분이 증가하여 전체 SAR ADC의 성능이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 종래에 개시된 미스매치 쉐이핑 기법은 복수의 채널을 포함하는 타임 인터리빙 구조의 SAR ADC에 대하여 적용이 불가능할 수 있다.Referring to (b) of FIG. 8 , when the conventional mismatch shaping technique is applied, it can be seen that the performance of the entire SAR ADC is deteriorated because the white noise component is rather increased. That is, the conventionally disclosed mismatch shaping technique may not be applicable to a SAR ADC having a time interleaving structure including a plurality of channels.
도 9는 복수의 채널을 포함하는 대역 통과 SAR ADC에 대한 본원의 미스매칭 쉐이핑 기법에 의할 때의 화이트 노이즈 및 하모닉의 변화를 나타낸 도면이다.9 is a diagram illustrating changes in white noise and harmonics according to the mismatch shaping technique of the present application for a bandpass SAR ADC including a plurality of channels.
도 9를 참조하면, 중간 주파수(Intermediate Frequency, IF)가 샘플링 레이트(Sampling Rate)의 1/4배가 되도록 설계된 대역통과 SAR ADC에서 도 9의 (a)와 같이 미스매치 쉐이핑을 미적용할 경우 복수의 커패시터 소자(CDAC) 사이의 부정합에 의해 신호에 의존적인 하모닉이 발생하는 것과 달리, 도 9의 (b)와 같이 본원에서 개시하는 미스매치 쉐이핑 기법을 적용하면, 대역 내(In-band)의 하모닉 성분이 큰 폭으로 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 단일 채널 구조의 ADC에만 적용 가능한 종래의 미스매치 쉐이핑 기법과 다르게, 본원에서 개시하는 대역통과 SAR ADC(100)는 복수의 채널(예를 들면, 3개의 채널)을 포함하는 타임 인터리빙 구조에 대하여도 대역 내(In-band)의 하모닉 성분의 영향을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.Referring to FIG. 9 , when mismatch shaping is not applied as shown in FIG. 9 (a) in the bandpass SAR ADC designed so that the intermediate frequency (IF) is 1/4 times the sampling rate, a plurality of Unlike signal-dependent harmonics that occur due to mismatch between capacitor elements C DAC , when the mismatch shaping technique disclosed herein is applied as shown in FIG. 9 ( b ), in-band It can be seen that the harmonic component is significantly reduced. That is, unlike the conventional mismatch shaping technique applicable only to the ADC of a single channel structure, the
이하에서는, 도 10 및 도 11을 참조하여, 복수의 스테이지를 포함하는 파이프라인 구조로 마련되는 본원의 다른 실시예에 따른 대역통과 SAR ADC에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a bandpass SAR ADC according to another embodiment of the present application prepared in a pipeline structure including a plurality of stages will be described with reference to FIGS. 10 and 11 .
지금까지 상술한 본원의 일 실시예에 따른 대역 통과 SAR ADC(100)에 대한 설명은, 본원의 구현예에 따라서, 하기에서 서술하는 본원의 다른 실시예에 따른 파이프라인 구조의 타임 인터리빙 기반 대역통과 SAR ADC(10)에 대한 설명을 통해서 이해될 수 있다. 따라서, 이하, 생략된 내용이라고 하더라도 상술한 본원의 일 실시예에 따른 대역 통과 SAR ADC(100)에 대하여 설명된 내용은 하기의 본원의 다른 실시예에 따른 파이프라인 구조의 타임 인터리빙 기반 대역통과 SAR ADC(10)에도 동일하게 적용될 수 있다.The description of the
도 10은 본원의 다른 실시예에 따른 파이프라인 구조의 타임 인터리빙 기반 대역통과 SAR ADC의 제1스테이지 및 제2스테이지 각각의 구조 및 기능을 설명하기 위한 개념도이고, 도 11은 본원의 다른 실시예에 따른 파이프라인 구조의 타임 인터리빙 기반 대역통과 SAR ADC에 대한 개략적인 블록 다이어그램이다.10 is a conceptual diagram for explaining the structure and function of each of the first stage and the second stage of a time interleaving-based bandpass SAR ADC of a pipeline structure according to another embodiment of the present application, and FIG. 11 is another embodiment of the present application It is a schematic block diagram of the time interleaving-based bandpass SAR ADC of the pipeline structure according to the
도 10 및 도 11을 참조하면, 본원의 다른 실시예에 따른 파이프라인 구조의 타임 인터리빙 기반 대역통과 SAR ADC(10)는 제1스테이지(1000) 및 제2스테이지(2000)를 포함할 수 있다.10 and 11 , a time interleaving-based
또한, 도 10 및 도 11을 참조하면, 제1스테이지(1000) 및 제2스테이지(2000)는 각각 복수의 채널을 포함할 수 있다. 달리 말해, 본원의 다른 실시예에 따른 대역통과 SAR ADC(10)는 두 개의 스테이지(Stage)를 포함하는 파이프라인(Pipeline) 구조로 구비되며, 각각의 스테이지는 복수의 채널을 포함함으로써 타임 인터리빙 기반의 아날로그-디지털 변환기(Analog-digital converter, ADC)가 구현될 수 있다.Also, referring to FIGS. 10 and 11 , the
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 제1스테이지(1000) 및 제2스테이지(2000) 각각은, 스테이지 별로 샘플링되는 신호의 입력단에 연결되어 샘플링 주기마다 신호를 인가하도록 동작되는 스위치 소자, 디지털 변환을 수행하기 위한 비교기 소자, 입력단으로부터 인가되는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행하고, 디지털 변환(MSB 변환 또는 LSB변환) 수행 후의 잔류 신호를 저장하는 커패시터 소자열, SAR 로직 등을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.In addition, according to an embodiment of the present application, each of the
또한, 본원의 다른 실시예에 따른 대역통과 SAR ADC의 제1스테이지(1000)의 채널의 수는 제2스테이지(2000)의 채널의 수보다 큰 것일 수 있다. 예시적으로, 도 10을 참조하면, 제1스테이지(1000)는 CH1,A, CH1,B 및 CH1,C를 포함하는 3개의 채널을 포함하고, 제2스테이지(2000)는 CH2,A 및 CH2,B를 포함하는 2개의 채널을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니고, 본원의 구현예에 따라 제1스테이지(1000)가 3개 이상의 채널을 포함하거나 제2스테이지(2000)가 2개 이상의 채널을 포함하도록 설계될 수 있음은 물론이다.In addition, the number of channels of the
이하에서는, 본원의 실시예에 관한 설명의 편의를 위하여 도 10에 도시된 바와 같이 제1스테이지(1000)가 3개의 채널을 포함하고, 제2스테이지(2000)가 2개의 채널을 포함하는 타임 인터리빙 기반의 파이프라인 구조에 대하여 주로 설명하도록 하며, 제1스테이지(1000)의 3개의 채널(즉, 도 10의 CH1,A, CH1,B 및 CH1,C)는 각각 제1채널 내지 제3채널로 지칭하고, 제2스테이지(2000)의 2개의 채널(즉, 도 10의 CH2,A 및 CH2,B)는 각각 제4채널 및 제5채널로 지칭하도록 한다.Hereinafter, for convenience of description of the embodiment of the present application, as shown in FIG. 10 , the
제1스테이지(1000)의 복수의 채널은 입력된 아날로그 신호(Vin)를 타임 인터리빙을 통해 각각 순차적으로 샘플링하여 제1입력 신호를 생성할 수 있다(S/H1). 여기서, 타임 인터리빙을 통해 순차적으로 샘플링한다는 것은, 도 10을 참조하면, 제1채널에 의한 샘플링이 수행된 후, 제2채널에 의한 샘플링이 수행되고, 제2채널에 의한 샘플링이 수행된 후, 제3채널에 의한 샘플링이 수행되고, 제3채널에 의한 샘플링이 수행된 후, 재차 제1채널에 의한 샘플링이 수행되는 복수의 채널 간의 소정의 순서에 따른 일련의 순차적인 샘플 앤 홀드(Sample & Hold) 동작을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 보다 구체적으로, 본원의 다른 실시예에 따른 대역통과 SAR ADC의 제1스테이지(1000) 및 제2스테이지(2000)에 포함된 복수의 채널 각각(예를 들면, 제1채널 내지 제5채널 각각)은, 미리 설정된 샘플링 주기에 기초하여 순차적으로 입력된 신호에 대한 샘플링을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 각각의 샘플링 주기는 n-3번째 주기, n-2번째 주기, n-1번째 주기, n번째 주기, n+1번째 주기 등으로 시간의 흐름에 따라 구분되어 지칭될 수 있다.The plurality of channels of the
또한, 제1스테이지(1000)의 복수의 채널은 생성된 제1입력 신호를 기초로 MSB 변환을 수행(도 10의, 'Convs' 프로세스)하여 입력된 아날로그 신호(Vin)에 대응하는 상위 비트 디지털 신호(D1) 및 제1잔류 신호(VRES1)를 출력할 수 있다.In addition, the plurality of channels of the
또한, 제1스테이지(1000)의 복수의 채널은 MSB 변환에 의해 출력(생성)된 제1잔류 신호(VRES1)를 증폭할 수 있다(도 10의 'Amp' 프로세스).In addition, the plurality of channels of the
또한, 본원의 다른 실시예에 따르면, 제1스테이지(1000)는 제1스테이지(1000)의 복수의 채널에 의해 공유되어, 제1스테이지(1000)의 복수의 채널 각각에 의해 생성되는 제1잔류 신호(VRES1)를 미리 설정된 주기에 따라 교번하여 증폭하는 단일 증폭기(101)를 포함할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 주기는 전술한 샘플링 주기에 대응되는 것일 수 있다. 또한, 증폭기(101)는 연산 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA, Operational Transconductance Amplifier)일 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present application, the
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1스테이지(1000)의 복수의 채널이 제1채널, 제2채널 및 제3채널을 포함하면, 제1채널에서 n번째 주기에 대한 아날로그 신호(Vin)의 샘플링이 수행되는 동안(S/H1(#n)), 제2채널에서는 n-2번째 주기에 대한 제1잔류 신호의 증폭이 수행되고(Amp), 제3채널에서는 n-1번째 주기에 대한 제1입력 신호에 대한 MSB 변환이 수행될 수 있다(Convs).On the other hand, as shown in FIG. 10 , when the plurality of channels of the
또한, 제2스테이지(2000)의 복수의 채널은 증폭기(101)에 의해 증폭되는 제1잔류 신호(VRES1)를 타임 인터리빙을 통해 순차적으로 샘플링하여 제2입력 신호를 생성할 수 있다(S/H2). 여기서, 타임 인터리빙을 통해 순차적으로 샘플링한다는 것은, 도 10을 참조하면, 제4채널에 의한 샘플링이 수행된 후, 제5채널에 의한 샘플링이 수행되고, 제5채널에 의한 샘플링이 수행된 후, 재차 제4채널에 의한 샘플링이 수행되는 복수의 채널 간의 소정의 순서에 따른 일련의 순차적인 샘플 앤 홀드(Sample & Hold) 동작을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.In addition, the plurality of channels of the
종합하면, 제1스테이지(1000)의 복수의 채널 각각은, 샘플링되는 제1입력 신호 각각에 대응하는 제1잔류 신호(VRES1)를 제2스테이지(2000)의 복수의 채널로 순차적으로 인가할 수 있고, 제2스테이지(2000)의 복수의 채널 각각은, 제1스테이지(1000)의 복수의 채널 각각으로부터 제1잔류 신호(VRES1)를 수신하여 제2입력 신호를 순차적으로 샘플링할 수 있다.In summary, each of the plurality of channels of the
또한, 본원의 다른 실시예에 따르면, 제1스테이지(1000)의 증폭기(101)에 의한 제1잔류 신호(VRES1)의 증폭 동작과 제2스테이지(2000)의 복수의 채널에 의한 증폭된 제1잔류 신호(VRES1)에 대한 샘플링 동작(S/H2)은 도 10을 참조하면, 동기화되어 함께 진행되는 것일 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present application, the amplification operation of the first residual signal (V RES1 ) by the
달리 말해, 도 10의 STG1 VRES1 화살표는, 제1잔류 신호(VRES1)가 증폭기(101)에 의해 증폭되어 제2스테이지(2000)의 복수의 채널로 곧바로 전달되어 제2스테이지(2000)의 복수의 채널 각각에서 샘플링(S/H2)되는 것을 나타낸 것일 수 있다. 이와 관련하여, 도 10에 도시된 바와 같이 제2스테이지(2000)의 복수의 채널이 제4채널 및 제5채널을 포함하면, 제1스테이지(1000)의 복수의 채널에 포함된 제1채널 내지 제3채널 각각은 증폭되는 제1잔류 신호(VRES1)를 제4채널 및 제5채널에 미리 설정된 주기(샘플링 주기)에 따라 교번하여 인가할 수 있다. 달리 말해, 제1스테이지(1000)에서 소정의 샘플링 주기에 대한 제1잔류 신호(VRES1)가 제4채널로 전달된 경우, 해당 소정의 샘플링 주기의 다음 번 샘플링 주기에 대한 제1잔류 신호(VRES1)는 제5채널로 전달될 수 있고, 그 역도 마찬가지이다.In other words, the STG1 V RES1 arrow of FIG. 10 indicates that the first residual signal V RES1 is amplified by the
또한, 제2스테이지(2000)의 복수의 채널 각각은 샘플링된 제2입력 신호를 기초로 LSB 변환을 수행(도 10의 'Convs' 프로세스)하여 입력된 아날로그 신호(Vin)에 대응하는 하위 비트 디지털 신호(D2) 및 제2잔류 신호(VRES2)를 출력할 수 있다.In addition, each of the plurality of channels of the
또한, 도 10을 참조하면, 제2스테이지(2000)의 복수의 채널이 제4채널 및 제5채널을 포함하는 경우, 제4채널에서 n번째 주기에 대응하여 제2입력 신호를 생성하기 위한 샘플링이 수행되는 동안(S/H2(#n)), 제5채널에서는 n-1번째 주기에서 생성된 제2입력 신호에 대한 LSB 변환이 수행될 수 있다(Convs).Also, referring to FIG. 10 , when the plurality of channels of the
또한, 제1스테이지(1000)와 제2스테이지(2000)의 타임 인터리빙을 위한 복수의 채널의 채널 수와 관련하여, 도 10을 참조하여 앞서 상세히 설명한 바와 같이, 제1스테이지(1000)에서는 샘플링(도 10의 S/H1), MSB 변환(도 10의 Convs) 및 잔류 신호의 증폭(도 10의 Amp)의 3개의 구분되는 프로세스를 포함하는 동작 사이클이 복수의 채널 각각에서 반복 수행되며, 제2스테이지(2000)에서는 샘플링(도 10의 S/H2) 및 LSB 변환(도 10의 Convs)의 2개의 구분되는 프로세스를 포함하는 동작 사이클이 복수의 채널 각각에서 반복적으로 수행될 수 있고, 이러한 동작 사이클의 차이가 제1스테이지(1000)와 제2스테이지(2000) 사이에 존재하며, 달리 말해, 제1스테이지(1000)에서는 제2스테이지(2000)와 달리 제1잔류 신호(VRES1)의 증폭이라는 추가적인 프로세스가 수행될 수 있다.In addition, in relation to the number of channels of a plurality of channels for time interleaving of the
따라서, 제2스테이지(2000)의 채널 각각에서 하나의 동작 사이클이 완료되는데 요구되는 시간이 제1스테이지(1000)의 채널 각각에서 하나의 동작 사이클이 완료되는데 요구되는 시간보다 길기 때문에, 제2스테이지(2000)는 제1스테이지(1000) 대비 적은 수의 채널만으로도 제1스테이지(1000)의 채널 각각으로부터 인가되는 제1잔류 신호(VRES1)를 기초로 한 하위 비트 변환을 수행할 수 있다. 따라서, 본원의 일 실시예에 따르면, 제1스테이지(1000)의 채널의 수는 제2스테이지(2000)의 채널의 수보다 클 수 있다.Accordingly, since the time required to complete one operation cycle in each channel of the
또한, 도 11을 참조하면, 증폭기(101)는 제1잔류 신호(VRES1) 및 두 주기 이전에 인가된 아날로그 신호(Vin)에 대응하여 생성된 제2잔류 신호(VRES2)를 함께 증폭할 수 있다. 구체적으로, 도 11을 참조하면, 증폭기(101)는 두 개의 입력이 입력되도록 구비되고(2-Input AMP), 두 개의 입력 중 어느 하나는 제1스테이지(1000)에서 생성된 제1잔류 신호(VRES1)이고, 두 개의 입력 중 나머지 하나는 제2스테이지(2000)에서 생성된 제2잔류 신호(VRES2)이되, 증폭기(101)로 인가되는 제1잔류 신호(VRES1)와 제2잔류 신호(VRES2)는 두 샘플링 주기 차이(Z-2)가 존재할 수 있다. 이 때, 도 11을 참조하면, 두 번(달리 말해, 두 샘플링 주기만큼) 지연된 제2잔류 신호(VRES2)는 신호의 크기를 맞추기 위해 1/G 블록을 통과한 후 증폭기(101)로 인가될 수 있다.In addition, referring to FIG. 11 , the
또한, 도 11을 참조하면, 제1스테이지(1000)와 제2스테이지(2000) 사이의 Interstage Amplifier인 증폭기(101)를 통해, 대역통과 SAR ADC에 높은 Q-팩터를 갖는 공진기(Resonator)가 구현되는 것일 수 있다.In addition, referring to FIG. 11 , a resonator having a high Q-factor in the bandpass SAR ADC is implemented through the
또한, 증폭기(101)에 인가되는 제1잔류 신호(VRES1)와 제2잔류 신호(VRES2)의 두 샘플링 주기 차이(두 주기 지연)에 의해 입력된 아날로그 신호(Vin)가 소정의 통과 대역에 대응하는 디지털 신호로 변환되는 대역통과(Bandpass) 특성과 노이즈 쉐이핑(Noise Shaping)이 구현되는 것일 수 있다. 달리 말해, 본원의 다른 실시예에 따른 대역통과 SAR ADC는 LSB 변환 후의 잔류 신호(달리 말해, 제2잔류 신호(VRES2)를 다음 파이프라인 단계에 전달하는 에러-피드백(Error-feedback) 구조를 통해 z-2 기반의 잔류 필터 특성을 구현하여 2차 대역 통과 노이즈 쉐이핑(second-order bandpass noise-shaping)을 달성할 수 있다.In addition, the analog signal Vin input by the difference (two-period delay) between the two sampling periods of the first residual signal V RES1 and the second residual signal V RES2 applied to the
또한, 본원의 다른 실시예에 따른 대역통과 SAR ADC는 중간 주파수(IF)가 샘플링 레이트(Sampling Rate, Fs)의 1/4배 지점이 되는 대역통과 특성을 갖는 것일 수 있다(IF=Fs/4).In addition, the bandpass SAR ADC according to another embodiment of the present application may have a bandpass characteristic at which the intermediate frequency (IF) is 1/4 times the sampling rate (F s ) (IF = F s ) /4).
또한, 제2스테이지(2000)의 복수의 채널 각각은, 증폭되는 제1잔류 신호(VRES1)에 대한 샘플링 결과 및 제2잔류 신호(VRES2)에 기초하여 제2입력 신호를 생성하는 것일 수 있다. 구체적으로, 제2스테이지(2000)의 복수의 채널에 대하여 구비되는 비교기(201)가 양자화(Quantization, Q2) 과정에서 두 번(달리 말해, 두 샘플링 주기만큼) 지연된 제2잔류 신호(VRES2)를 피드-포워드(Feed-forward, FF) 경로를 통해 인가 받아 이를 활용하여 제2입력 신호를 생성하는 샘플링을 수행함으로써, 대역 내(In-band)에서의 양자화 노이즈(Quantization Noise)가 감쇄되는 것일 수 있다. 또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 두 번 지연된 제2잔류 신호(VRES2)는 소정의 비율로 크기가 변환(예시적으로, 도 11을 참조하면, 3/4배 등)되어 제2스테이지(2000)의 비교기(201)로 인가되는 것일 수 있다.In addition, each of the plurality of channels of the
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.Hereinafter, an operation flow of the present application will be briefly reviewed based on the details described above.
도 12는 본원의 일 실시예에 따른 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC에 대한 부정합 교정 방법에 대한 동작 흐름도이다.12 is an operation flowchart of a mismatch correction method for a bandpass SAR ADC based on time interleaving according to an embodiment of the present application.
도 12에 도시된 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC에 대한 부정합 교정 방법은 앞서 설명된 대역 통과 SAR ADC(100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 대역 통과 SAR ADC(100)에 대하여 설명된 내용은 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC에 대한 부정합 교정 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The mismatch correction method for the time interleaving-based bandpass SAR ADC shown in FIG. 12 may be performed by the
도 12를 참조하면, 단계 S11에서 미스매치 쉐이핑부(130)는 앞서 출력된 디지털 신호(Dout)에 기초하여 복수의 커패시터 소자(CDAC)에 대한 최상위 비트부터 최하위 비트까지의 할당 순서를 결정하는 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행할 수 있다.Referring to FIG. 12 , in step S11 , the
다음으로, 단계 S12에서 디지털-아날로그 변환부(120)는 복수의 커패시터 소자(CDAC)에 기초하여 아날로그 신호를 타임 인터리빙을 통해 순차적으로 샘플링하여 복수의 채널에 인가될 입력 신호를 생성할 수 있다.Next, in step S12, the digital-to-
다음으로, 단계 S13에서 SAR 변환부(110)의 복수의 채널 각각은 인가된 입력 신호를 기초로 디지털 변환을 수행하여 아날로그 신호에 대응하는 디지털 신호(Dout)를 출력할 수 있다.Next, in step S13 , each of the plurality of channels of the
상술한 설명에서, 단계 S11 내지 S13은 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the above description, steps S11 to S13 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, according to an embodiment of the present application. In addition, some steps may be omitted if necessary, and the order between steps may be changed.
본원의 일 실시 예에 따른 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC에 대한 부정합 교정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The mismatch correction method for the time interleaving-based bandpass SAR ADC according to an embodiment of the present application may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
또한, 전술한 타임 인터리빙 기반의 대역 통과 SAR ADC에 대한 부정합 교정 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.In addition, the above-described time interleaving-based mismatch correction method for the bandpass SAR ADC may be implemented in the form of a computer program or application executed by a computer stored in a recording medium.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application.
100: 타임 인터리빙 기반 대역 통과 SAR ADC
110: SAR 변환부
111: 비교기 소자
120: 디지털-아날로그 변환부
121: 스위치 소자
CDAC: 복수의 커패시터 소자100: time interleaving based bandpass SAR ADC
110: SAR conversion unit
111: comparator element
120: digital-analog conversion unit
121: switch element
C DAC : a plurality of capacitor elements
Claims (12)
미리 설정된 샘플링 주기마다 아날로그 신호를 샘플링한 입력 신호를 기초로 디지털 변환을 각각 수행하여 상기 아날로그 신호에 대응하는 디지털 신호를 순차적으로 출력하는 복수의 채널을 포함하는 SAR 변환부;
상기 샘플링 주기에 기초하여 상기 아날로그 신호를 상기 입력 신호로 샘플링하는 복수의 커패시터 소자를 포함하는 디지털-아날로그 변환부; 및
상기 디지털 신호에 기초하여 상기 입력 신호의 최상위 비트부터 최하위 비트까지의 각 비트에 대응하는 상기 복수의 커패시터 소자의 할당 순서를 결정하는 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행하는 미스매치 쉐이핑부,
를 포함하는, 대역 통과 SAR ADC.A time interleaving-based bandpass SAR ADC, comprising:
a SAR converter including a plurality of channels for sequentially outputting digital signals corresponding to the analog signals by performing digital conversion on the basis of an input signal sampling an analog signal at each preset sampling period;
a digital-to-analog converter including a plurality of capacitor elements for sampling the analog signal as the input signal based on the sampling period; and
A mismatch shaping unit that performs data weight averaging for determining an allocation order of the plurality of capacitor elements corresponding to each bit from the most significant bit to the least significant bit of the input signal based on the digital signal;
A bandpass SAR ADC comprising:
상기 미스매치 쉐이핑부는,
상기 복수의 채널 중 어느 하나의 채널에서 출력된 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 어느 하나의 채널에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정하는 것인, 대역 통과 SAR ADC.According to claim 1,
The mismatch shaping unit,
Based on the digital signal output from any one of the plurality of channels, the bandpass SAR ADC is to determine the allocation order applied to the one channel.
상기 미스매치 쉐이핑부는,
상기 어느 하나의 채널에서 출력된 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 어느 하나의 채널을 기준으로 두 주기 후에 수행되는 샘플링 동작과 연계된 상기 할당 순서를 결정하는 것인, 대역 통과 SAR ADC.3. The method of claim 2,
The mismatch shaping unit,
Based on the digital signal output from the one channel, the allocation sequence associated with the sampling operation performed two periods later based on the one channel is determined.
상기 복수의 채널은 제1채널, 제2채널 및 제3채널을 포함하고,
상기 미스매치 쉐이핑부는,
상기 제1채널에서 n번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 제1채널의 n+6번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정하고,
상기 제2채널에서 n+1번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 제2채널의 n+7번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정하고,
상기 제3채널에서 n+2번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 제3채널의 n+8번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정하는 것인, 대역 통과 SAR ADC.3. The method of claim 2,
The plurality of channels includes a first channel, a second channel, and a third channel,
The mismatch shaping unit,
determining the allocation order applied to the n+6th sampling period of the first channel based on the digital signal output in response to the nth sampling period in the first channel;
determining the allocation order applied to the n+7th sampling period of the second channel based on a digital signal output corresponding to the n+1th sampling period in the second channel;
and determining the allocation order applied to the n+8th sampling period of the third channel based on a digital signal output corresponding to the n+2th sampling period in the third channel.
상기 복수의 커패시터 소자는 제1커패시터 소자 내지 제M커패시터 소자를 포함하고,
상기 미스매치 쉐이핑부는,
상기 제1커패시터 소자에서 상기 제M커패시터 소자를 향하는 순서인 제1순서로 상기 할당 순서를 결정하는 순방향 할당과 상기 제1순서와 반대되는 순서인 제2순서로 상기 할당 순서를 결정하는 역방향 할당을 교번하여 적용하는 것을 특징으로 하는, 대역 통과 SAR ADC.5. The method of claim 4,
The plurality of capacitor elements includes a first capacitor element to an M-th capacitor element,
The mismatch shaping unit,
Forward allocation for determining the allocation order in a first order, which is an order from the first capacitor element to the M-th capacitor element, and a reverse allocation for determining the allocation order in a second order opposite to the first order A bandpass SAR ADC, characterized in that it is applied alternately.
상기 미스매치 쉐이핑부는,
n-6번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 복수의 커패시터 소자 중에서 n번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 순방향 할당 또는 상기 역방향 할당의 시작점에 해당하는 커패시터 소자를 결정하는 것인, 대역 통과 SAR ADC.6. The method of claim 5,
The mismatch shaping unit,
Determining a capacitor element corresponding to the starting point of the forward allocation or the reverse allocation applied to the n-th sampling period among the plurality of capacitor elements based on the digital signal output in response to the n-6th sampling period, Bandpass SAR ADC.
상기 미스매치 쉐이핑부는,
하기 식 1에 따른 미스매치 전달함수에 기초하여 상기 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행하고,
[식 1]
여기서, 상기 는 상기 미스매치 전달함수이고, 상기 z는 이산 시간 영역 신호의 주파수 영역으로의 변환을 나타내기 위한 변수인 것인, 대역 통과 SAR ADC.7. The method of claim 6,
The mismatch shaping unit,
Performing the data weight averaging based on the mismatch transfer function according to Equation 1 below,
[Equation 1]
Here, the is the mismatch transfer function, and z is a variable representing the conversion of a discrete time domain signal to the frequency domain.
상기 SAR 변환부는,
n번째 샘플링 주기에 대응하여 상기 디지털 변환이 수행된 후 상기 디지털-아날로그 변환부에 잔여하는 잔류 신호에 기초하여 n+2번째 샘플링 주기에 대응하는 상기 디지털 변환을 수행하는 것인, 대역 통과 SAR ADC.According to claim 1,
The SAR conversion unit,
Bandpass SAR ADC to perform the digital conversion corresponding to the n+2th sampling period based on the residual signal remaining in the digital-analog converter after the digital conversion is performed corresponding to the nth sampling period .
상기 디지털 변환에 사용되는 샘플링된 아날로그 신호와 상기 잔류 신호의 두 샘플링 주기 차이에 의해 상기 아날로그 신호가 소정의 통과 대역에 대응하는 디지털 신호로 변환되는 대역통과 특성이 구현되는 것인, 대역통과 SAR ADC.9. The method of claim 8,
Bandpass SAR ADC in which the analog signal is converted into a digital signal corresponding to a predetermined passband by a difference between two sampling periods of the sampled analog signal used for the digital conversion and the residual signal is implemented .
복수의 커패시터 소자에 기초하여 아날로그 신호를 타임 인터리빙을 통해 순차적으로 샘플링하여 복수의 채널에 인가될 입력 신호를 생성하는 단계; 및
상기 복수의 채널 각각이 상기 입력 신호를 기초로 디지털 변환을 수행하여 상기 아날로그 신호에 대응하는 디지털 신호를 출력하는 단계,
를 포함하고,
상기 입력 신호를 생성하는 단계는,
상기 디지털 신호에 기초하여 상기 입력 신호의 최상위 비트부터 최하위 비트까지의 각 비트에 대응하는 상기 복수의 커패시터 소자의 할당 순서를 결정하는 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행하는 단계,
를 포함하는 것인, 부정합 교정 방법.A method for correcting mismatch for a bandpass SAR ADC based on time interleaving, comprising:
generating input signals to be applied to a plurality of channels by sequentially sampling analog signals based on a plurality of capacitor elements through time interleaving; and
outputting a digital signal corresponding to the analog signal by performing digital conversion by each of the plurality of channels based on the input signal;
including,
The step of generating the input signal comprises:
performing data weight averaging for determining an allocation order of the plurality of capacitor elements corresponding to each bit from the most significant bit to the least significant bit of the input signal based on the digital signal;
That comprising a, mismatch correction method.
상기 복수의 채널은 제1채널, 제2채널 및 제3채널을 포함하고,
상기 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행하는 단계는,
상기 제1채널에서 n번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 제1채널의 n+6번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정하고,
상기 제2채널에서 n+1번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 제2채널의 n+7번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정하고,
상기 제3채널에서 n+2번째 샘플링 주기에 대응하여 출력된 디지털 신호를 기초로 상기 제3채널의 n+8번째 샘플링 주기에 대하여 적용되는 상기 할당 순서를 결정하는 것인, 부정합 교정 방법.11. The method of claim 10,
The plurality of channels includes a first channel, a second channel, and a third channel,
Performing the data weight averaging (Data Weight Averaging),
determining the allocation order applied to the n+6th sampling period of the first channel based on the digital signal output in response to the nth sampling period in the first channel;
determining the allocation order applied to the n+7th sampling period of the second channel based on a digital signal output corresponding to the n+1th sampling period in the second channel;
The method for correcting mismatch is to determine the assignment order applied to the n+8th sampling period of the third channel based on a digital signal output corresponding to the n+2th sampling period in the third channel.
상기 데이터 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행하는 단계는,
하기 식 1에 따른 미스매치 전달함수에 기초하여 상기 가중 평균화(Data Weight Averaging)를 수행하고,
[식 1]
여기서, 상기 는 상기 미스매치 전달함수이고, 상기 z는 이산 시간 영역 신호의 주파수 영역으로의 변환을 나타내기 위한 변수인 것인, 부정합 교정 방법.12. The method of claim 11,
Performing the data weight averaging (Data Weight Averaging),
Performing the weighted averaging (Data Weight Averaging) based on the mismatch transfer function according to Equation 1 below,
[Equation 1]
Here, the is the mismatch transfer function, and z is a variable representing the transformation of a discrete time domain signal to a frequency domain.
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---|---|---|---|
KR1020200131261A KR102380254B1 (en) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Time-interleaved bandpass sar adc and method for mismatch shaping using the same |
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Citations (2)
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KR100693816B1 (en) * | 2005-08-20 | 2007-03-12 | 삼성전자주식회사 | Method for dynamic element matching and multi bit data converter |
KR101680080B1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-11-28 | 서강대학교산학협력단 | Time interleaved pipeline SAR ADC for minimizing channel offset mismatch |
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KR101680080B1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-11-28 | 서강대학교산학협력단 | Time interleaved pipeline SAR ADC for minimizing channel offset mismatch |
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