KR102552752B1 - Successive-Approximation-Register Analog-to-Digital-Converter Using Redundant Capacitor And Operating Method thereof - Google Patents

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Abstract

중복 커패시터를 이용한 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기 및 이의 동작 방법을 개시한다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 아날로그 신호를 디지털 코드로 변환하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기로서, 제1 입력단, 제2 입력단 및 출력단을 포함하는 비교기; 상기 비교기의 제1 입력단에 연결되며, 이진으로 가중되는 커패시터들을 포함하는 제1 CDAC; 상기 비교기의 제2 입력단에 연결되며, 상기 제1 CDAC과 동일한 총 커패시턴스(total capacitance)를 갖되, 상기 디지털 코드의 적어도 하나의 하위 비트별로 상기 하위 비트에 대응하는 복수개의 커패시터를 구비하는 제2 CDAC; 및 상기 제1 CDAC 및 상기 제2 CDAC에 포함된 커패시터에 인가되는 기준전압을 스위칭하여, 상기 디지털 코드를 결정하는 SAR 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기를 제공한다.
A successive approximation register analog-to-digital converter using redundant capacitors and an operating method thereof are disclosed.
According to one aspect of the present disclosure, a successive approximation register analog-to-digital converter for converting an analog signal into a digital code, comprising: a comparator including a first input end, a second input end, and an output end; a first CDAC connected to the first input of the comparator and including binary-weighted capacitors; A second CDAC connected to the second input terminal of the comparator, having the same total capacitance as that of the first CDAC, and including a plurality of capacitors corresponding to the least significant bits of the digital code. ; and a SAR controller configured to determine the digital code by switching reference voltages applied to capacitors included in the first CDAC and the second CDAC.

Figure R1020210091618
Figure R1020210091618

Description

중복 커패시터를 이용한 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기 및 이의 동작 방법{Successive-Approximation-Register Analog-to-Digital-Converter Using Redundant Capacitor And Operating Method thereof}Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter Using Redundant Capacitor and Operation Method thereof

본 개시는 중복 커패시터를 이용한 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a successive approximation register analog-to-digital converter using redundant capacitors and an operating method thereof.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The information described in this section simply provides background information on the present invention and does not constitute prior art.

아날로그-디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)는 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 형태의 출력 신호로 바꾸는 회로를 의미한다.An analog to digital converter (ADC) refers to a circuit that converts an analog input signal into a digital output signal.

연속 근사 레지스터 ADC(SAR ADC: Successive-Approximation-Register ADC)는 아날로그 입력과 비교할 기준전압을 순차적으로 변화시켜 가면서 아날로그 입력에 최대한 가까운 디지털 출력 값을 찾아가는 형태의 ADC로, 순차 비교형 ADC 또는 연속 근사형 ADC 라고도 부른다.Successive-Approximation-Register ADC (SAR ADC) is an ADC in the form of sequentially changing the reference voltage to be compared with the analog input while finding a digital output value that is as close as possible to the analog input. Also called type ADC.

SAR ADC는 아날로그 입력과 비교할 기준전압을 순차적으로 변화시키기 위해, 디지털-아날로그 변환기(Capacitor Digital-to-Analog-Converter)를 구비하게 되는데, 전하 재분배 원리에 기반하여 아날로그 입력 및 기준전압에 대응하는 비교전압을 형성하는 커패시터 DAC가 주로 사용된다.The SAR ADC is equipped with a digital-to-analog converter (Capacitor Digital-to-Analog-Converter) to sequentially change the reference voltage to be compared with the analog input. Based on the charge redistribution principle, the comparison corresponding to the analog input and reference voltage A capacitor DAC that forms a voltage is mainly used.

SAR ADC의 해상도를 1 비트 증가시키기 위해서는, 일반적으로, 커패시터 DAC의 커패시턴스가 2 배 커져야 하는데, 커패시턴스가 커짐에 따라 비교전압이 안정화되는데 필요한 정착 시간(settling time)도 증가하게 된다. 이러한 정착 시간이 충분히 보장되지 않는 경우, 비교전압이 안정화되지 않은 상태에서 디지털 출력 값을 결정하게 되므로, 측정오차(measurement error)가 자주 발생하게 되어 고속·고해상도 SAR ADC 구현이 어렵다는 문제점이 있다. In order to increase the resolution of the SAR ADC by 1 bit, generally, the capacitance of the capacitor DAC needs to be doubled. As the capacitance increases, the settling time required to stabilize the comparison voltage also increases. If this settling time is not sufficiently guaranteed, since the digital output value is determined in a state where the comparison voltage is not stabilized, measurement errors often occur, making it difficult to implement a high-speed and high-resolution SAR ADC.

본 개시는, 서로 다른 커패시터 DAC에서 동일한 크기를 갖는 커패시터를 중복으로 스위칭하여, 전압 적용 범위(coverage)를 늘리고 측정오차를 보정함으로써 고속·고해상도 구현이 가능한 SAR ADC 및 그 동작방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.The main purpose of the present disclosure is to provide a SAR ADC capable of realizing high speed and high resolution and its operation method by increasing voltage coverage and correcting measurement errors by repeatedly switching capacitors having the same size in different capacitor DACs. There is a purpose.

본 개시의 일 측면에 의하면, 아날로그 신호를 디지털 코드로 변환하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기로서, 제1 입력단, 제2 입력단 및 출력단을 포함하는 비교기; 상기 비교기의 제1 입력단에 연결되며, 이진으로 가중되는 커패시터들을 포함하는 제1 CDAC; 상기 비교기의 제2 입력단에 연결되며, 상기 제1 CDAC과 동일한 총 커패시턴스(total capacitance)를 갖되, 상기 디지털 코드의 적어도 하나의 하위 비트별로 상기 하위 비트에 대응하는 복수개의 커패시터를 구비하는 제2 CDAC; 및 상기 제1 CDAC 및 상기 제2 CDAC에 포함된 커패시터에 인가되는 기준전압을 스위칭하여, 상기 디지털 코드를 결정하는 SAR 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기를 제공한다.According to one aspect of the present disclosure, a successive approximation register analog-to-digital converter for converting an analog signal into a digital code, comprising: a comparator including a first input end, a second input end, and an output end; a first CDAC connected to the first input of the comparator and including binary-weighted capacitors; A second CDAC connected to the second input terminal of the comparator, having the same total capacitance as that of the first CDAC, and including a plurality of capacitors corresponding to the least significant bits of the digital code. ; and a SAR controller configured to determine the digital code by switching reference voltages applied to capacitors included in the first CDAC and the second CDAC.

본 개시의 다른 측면에 의하면, 이진으로 가중되는 커패시터들을 포함하는 제1 CDAC 및 상기 제1 CDAC과 동일한 총 커패시턴스(total capacitance)를 갖되, 디지털 코드의 적어도 하나의 하위 비트별로 상기 하위 비트에 대응하는 복수개의 커패시터를 구비하는 제2 CDAC를 포함하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기의 동작방법으로서, 상기 제1 CDAC을 이용하여 상기 디지털 코드의 적어도 하나의 상위 비트를 결정하는 과정; 상기 제2 CDAC을 이용하여 상기 디지털 코드의 적어도 하나의 하위 비트를 결정하는 과정; 및 상기 적어도 하나의 상위 비트 및 상기 적어도 하나의 하위 비트로부터, 측정오차가 보정된 상기 디지털 코드를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기의 동작방법을 제공한다.According to another aspect of the present disclosure, a first CDAC including capacitors weighted in binary and having the same total capacitance as the first CDAC, but corresponding to at least one lower bit for each lower bit of a digital code A method of operating a successive approximation register analog-to-digital converter including a second CDAC having a plurality of capacitors, comprising: determining at least one upper bit of the digital code using the first CDAC; determining at least one lower bit of the digital code using the second CDAC; and determining the digital code, the measurement error of which is corrected, from the at least one upper bit and the at least one lower bit.

이상에서 설명한 바와 같이 본 개시의 실시예에 의하면, 서로 다른 커패시터 어레이에서 동일한 크기를 갖는 커패시터를 중복으로 스위칭하여, 전압 적용 범위를 늘리고 측정오차를 보정함으로써 고속·고해상도 구현할 수 있다는 효과가 있다.As described above, according to the embodiment of the present disclosure, it is possible to realize high speed and high resolution by repeatedly switching capacitors having the same size in different capacitor arrays, increasing the voltage application range and correcting measurement errors.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 SAR ADC를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 SAR ADC의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 6-비트 SAR ADC의 동작을 나타내는 신호 흐름도이다.
1 is a configuration diagram showing a SAR ADC according to an embodiment of the present disclosure.
2 is a flowchart for explaining the operation of a SAR ADC according to an embodiment of the present disclosure.
3A and 3B are signal flow diagrams illustrating the operation of a 6-bit SAR ADC according to an embodiment of the present disclosure.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present disclosure, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present disclosure, the detailed description will be omitted.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the present disclosure. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. Throughout the specification, when a part 'includes' or 'includes' a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. . In addition, the '... Terms such as 'unit' and 'module' refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 SAR ADC를 나타내는 구성도이다.1 is a configuration diagram showing a SAR ADC according to an embodiment of the present disclosure.

도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 SAR ADC(Successive-Approximation-Register Analog-to-Digital-Converter, 10)는 S/H 스위치부(Sample-and-hold switch unit, 100, 102 및 104), 제1 CDAC(Capacitor Digital-to-Analog-Converter, 110), 제2 CDAC(120), 비교기(comparator, 130) 및 SAR 제어부(SAR control unit, 140)를 전부 또는 일부 포함한다. 도 1에 도시된 모든 구성이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 SAR ADC(10)에 포함된 일부 구성이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.Referring to FIG. 1, a SAR ADC (Successive-Approximation-Register Analog-to-Digital-Converter, 10) according to an embodiment of the present disclosure includes a S/H switch unit (Sample-and-hold switch unit, 100, 102 and 104), a first CDAC (Capacitor Digital-to-Analog-Converter, 110), a second CDAC (120), a comparator (130), and a SAR control unit (SAR control unit, 140) in whole or in part. All components shown in FIG. 1 are not essential components, and some components included in the SAR ADC 10 may be added, changed, or deleted in other embodiments.

S/H 스위치부(100, 102 및 104)는 SAR 제어부(140)의 제어에 대응하여, 입력신호(VIN) 및 공통 모드 전압(VCM)을 각각 제1 CDAC(110) 및 제2 CDAC에 샘플링(sampling) 및 홀드(hold)시킨다. 여기서, 공통 모드 전압(VCM)은 제1 CDAC(110) 및 제2 CDAC(120)의 스위칭 소자가 연결되는 제1 기준전압(VREF) 및 제2 기준전압(GND)의 중간 값을 가질 수 있다. The S/H switch units 100, 102, and 104 respectively convert the input signal V IN and the common mode voltage V CM to the first CDAC 110 and the second CDAC in response to the control of the SAR controller 140. is sampled and held. Here, the common mode voltage (V CM ) has an intermediate value between the first reference voltage (V REF ) and the second reference voltage (GND) to which the switching elements of the first CDAC 110 and the second CDAC 120 are connected. can

도 1에 도시되듯이, S/H 스위치부(100, 102 및 104)가 온(on)되면, 제1 CDAC(110) 및 제2 CDAC(120)을 구성하는 커패시터들의 상부 플레이트(top plate)에 공통 모드 전압(VCM)이 인가되고, 제1 CDAC(110)을 구성하는 커패시터들의 하부 플레이트(bottom plate)에 입력신호(VIN)가 인가되며, 제2 CDAC(120)을 구성하는 커패시터들의 하부 플레이트에는 각각 제1 기준전압(VREF) 또는 제2 기준전압(GND)이 인가되는, 바텀 플레이트 샘플링(bottom plate sampling) 기법이 적용될 수 있다. 그러나 본 개시가 이러한 예시에 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 다른 실시예에서는 탑 플레이트 샘플링(top plate sampling) 기법이 적용될 수도 있다.As shown in FIG. 1, when the S/H switch units 100, 102, and 104 are turned on, the top plates of the capacitors constituting the first CDAC 110 and the second CDAC 120 A common mode voltage (V CM ) is applied to, an input signal (V IN ) is applied to a bottom plate of capacitors constituting the first CDAC (110), and a capacitor constituting the second CDAC (120) A bottom plate sampling technique in which a first reference voltage V REF or a second reference voltage GND is applied to a lower plate of each may be applied. However, the present disclosure is not limited to these examples, and a top plate sampling technique may be applied in other embodiments of the present disclosure.

제1 CDAC(110)은 이진으로 가중되는 배열 구조를 갖는 복수개의 커패시터들을 포함한다. 제1 CDAC(110)에 포함된 커패시터들의 총 개수는 해상도(resolution) 및 스위칭 기법(switching technique) 등에 따라 결정될 수 있다. The first CDAC 110 includes a plurality of capacitors having a binary weighted array structure. The total number of capacitors included in the first CDAC 110 may be determined according to a resolution and a switching technique.

제1 CDAC(110)에 포함된 복수개의 커패시터들은 일단이 공통으로 연결되어 비교기(130)의 일단(예컨대, 비반전 단자)에 연결된다. A plurality of capacitors included in the first CDAC 110 have one end connected in common and connected to one end (eg, a non-inverting terminal) of the comparator 130 .

제1 CDAC(110)에 포함된 복수개의 커패시터들은 coarse 커패시터 어레이(coarse capacitor array, 112) 및 제1 잔여 커패시터 어레이(residual capacitor array, 114)를 구성할 수 있다.A plurality of capacitors included in the first CDAC 110 may constitute a coarse capacitor array 112 and a first residual capacitor array 114 .

coarse 커패시터 어레이(112)에 포함된 커패시터들은 SAR ADC(10)의 N 비트 디지털 출력 중 상위 K(K는 N 이하의 자연수)-비트들에 각각 대응된다. coarse 커패시터 어레이(112)는 이진으로 가중되는 배열 구조를 갖는 K개의 커패시터를 포함할 수 있다. 한편, 제1 잔여 커패시터 어레이(114)는 제1 CDAC(110)에 포함된 복수개의 커패시터들 중 coarse 커패시터 어레이(112)에 포함되지 않는 나머지 커패시터들의 집합을 의미할 수 있다.Capacitors included in the coarse capacitor array 112 correspond to upper K (K is a natural number less than or equal to N)-bits of the N-bit digital output of the SAR ADC 10, respectively. The coarse capacitor array 112 may include K capacitors having a binary weighted array structure. Meanwhile, the first residual capacitor array 114 may mean a set of remaining capacitors not included in the coarse capacitor array 112 among a plurality of capacitors included in the first CDAC 110 .

예컨대, SAR ADC(10)의 해상도가 6-비트이고, coarse 커패시터 어레이(112)가 상위 3-비트에 대응하는 경우, coarse 커패시터 어레이(112) 및 제1 잔여 커패시터 어레이(114)는 표 1과 같이 구성될 수 있다.For example, when the resolution of the SAR ADC 10 is 6-bit and the coarse capacitor array 112 corresponds to the upper 3-bits, the coarse capacitor array 112 and the first residual capacitor array 114 are as shown in Table 1. can be configured together.

구분division coarse 커패시터 어레이coarse capacitor array 제1 잔여 커패시터 어레이First Residual Capacitor Array 가중치weight 25=322 5 =32 24=162 4 =16 23=82 3 =8 22=42 2 =4 21=22 1 =2 20=12 0 =1 20=12 0 =1 비트beat B5B5 B4B4 B3B3 -- -- -- --

제2 CDAC(120)은 복수개의 커패시터들을 포함한다. 제2 CDAC(120)에 포함된 커패시터들의 총 커패시턴스(total capacitance)는 제1 CDAC(110)에 포함된 커패시터들의 총 커패시턴스와 동일하다. The second CDAC 120 includes a plurality of capacitors. A total capacitance of capacitors included in the second CDAC 120 is equal to a total capacitance of capacitors included in the first CDAC 110 .

제2 CDAC(120)에 포함된 복수개의 커패시터들은 일단이 공통으로 연결되어 비교기(130)의 타단(예컨대, 반전 단자)에 연결된다.A plurality of capacitors included in the second CDAC 120 have one end connected in common and connected to the other end (eg, an inverting terminal) of the comparator 130 .

제2 CDAC(120)에 포함된 복수개의 커패시터들은 제2 잔여 커패시터 어레이(122), positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)를 구성할 수 있다. A plurality of capacitors included in the second CDAC 120 may constitute a second residual capacitor array 122 , a positive fine capacitor array 124 , and a negative fine capacitor array 126 .

positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)에 포함된 커패시터들 중, 더미 커패시터(dummy capacitor)를 제외한 나머지 커패시터들은 SAR ADC(10)의 N 비트 디지털 출력 중 하위 (N-K+1)-비트들에 각각 대응될 수 있다. 이에 따라, 제2 CDAC(120)은 N 비트 디지털 출력의 적어도 하나의 하위 비트별로 상기 하위 비트에 대응하는 복수개의 커패시터를 구비할 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시되듯이, 제2 CDAC(120)은 N 비트 디지털 출력 중 하위 (N-K+1)-비트에 대해, 각 비트에 대응하는 커패시터를 2개씩 포함할 수 있다.Of the capacitors included in the positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126, except for the dummy capacitor, the remaining capacitors are the lower (N-K+) of the N-bit digital output of the SAR ADC 10. 1) - may correspond to each bit. Accordingly, the second CDAC 120 may include a plurality of capacitors corresponding to at least one lower bit of the N-bit digital output. For example, as shown in FIG. 1 , the second CDAC 120 may include two capacitors corresponding to each bit for the lower (N-K+1)-bits of the N-bit digital output.

positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)는 각각 이진으로 가중되는 배열 구조를 갖는 (N-K+1)개의 커패시터 및 하나의 단위 커패시터를 포함할 수 있다. 한편, 제2 잔여 커패시터 어레이(122)는 제2 CDAC(120)에 포함된 복수개의 커패시터들 중 positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)에 포함되지 않는 나머지 커패시터들의 집합을 의미할 수 있다.The positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126 may each include (N−K+1) capacitors and one unit capacitor having a binary weighted array structure. Meanwhile, the second residual capacitor array 122 refers to a set of remaining capacitors not included in the positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126 among the plurality of capacitors included in the second CDAC 120. can do.

예컨대, SAR ADC(10)의 해상도가 6-비트이고, positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)가 각각 하위 4-비트에 대응하는 경우, 제2 잔여 커패시터 어레이(122), positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)는 표 2와 같이 구성될 수 있다.For example, when the resolution of the SAR ADC 10 is 6-bit and the positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126 each correspond to the lower 4-bits, the second residual capacitor array 122; The positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126 may be configured as shown in Table 2.

구분division 잔여leftover positive fine 커패시터 어레이positive fine capacitor array negative fine 커패시터 어레이negative fine capacitor array 가중치weight 25=322 5 =32 23=82 3 =8 22=42 2 =4 21=22 1 =2 20=12 0 =1 20=12 0 =1 23=82 3 =8 22=42 2 =4 21=22 1 =2 20=12 0 =1 20=12 0 =1 비트beat -- Bp3 B p3 Bp2 B p2 Bp1 B p1 Bp0 B p0 -- Bn3 B n3 Bn2 B n2 Bn1 B n1 Bn0 B n0 --

도 1에 도시되듯이, coarse 커패시터 어레이(112)에 대응하는 적어도 하나의 상위 비트들은, positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)에 대응하는 적어도 하나의 하위 비트들과 하나 이상의 비트가 중복될 수 있다. 다시 말해, coarse 커패시터 어레이(112), positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)는 동일한 가중치를 갖는 커패시터를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1 , at least one upper bit corresponding to the coarse capacitor array 112 includes at least one lower bit corresponding to the positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126 and one or more upper bits. Bits may overlap. In other words, the coarse capacitor array 112, the positive fine capacitor array 124, and the negative fine capacitor array 126 may include capacitors having the same weight.

본 개시에서, coarse 커패시터 어레이(112), positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)에 중복으로 포함되는 커패시터를 중복 커패시터(redundant capacitor)라 한다. In the present disclosure, a capacitor included redundantly in the coarse capacitor array 112 , the positive fine capacitor array 124 , and the negative fine capacitor array 126 is referred to as a redundant capacitor.

coarse 커패시터 어레이(112)의 중복 커패시터는 상위 K-비트 중 최하위 비트에 대응할 수 있다. 즉, coarse 커패시터 어레이(112)의 중복 커패시터는 coarse 커패시터 어레이(112)에 포함된 커패시터들 중 가장 작은 가중치를 갖는 커패시터일 수 있다. The redundant capacitor of the coarse capacitor array 112 may correspond to the least significant bit of the higher K-bits. That is, the redundant capacitor of the coarse capacitor array 112 may be a capacitor having the smallest weight among the capacitors included in the coarse capacitor array 112 .

positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)의 중복 커패시터는 하위 (N-K+1)-비트 중 최상위 비트에 대응할 수 있다. 즉, positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)의 중복 커패시터는 positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)에 포함된 커패시터들 중 가장 큰 가중치를 갖는 커패시터일 수 있다.Redundant capacitors of the positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126 may correspond to the most significant bit among the lower (N−K+1)-bits. That is, the redundant capacitor of the positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126 may be a capacitor having the largest weight among the capacitors included in the positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126. there is.

한편, 도 1에서는, MSB(Most Significant Bit)를 기준으로 K 번째 비트에 대응하는 커패시터, 즉 가중치가 (2N-K)인 커패시터만 coarse 커패시터 어레이(112), positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)에 중복으로 포함되는 것으로 도시하고 있으나, coarse 커패시터 어레이(112), positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)는 이진으로 가중되는 복수개의 커패시터들을 중복으로 포함할 수도 있다.On the other hand, in FIG. 1, only capacitors corresponding to the K-th bit based on the MSB (Most Significant Bit), that is, capacitors having a weight of (2 NK ) are the coarse capacitor array 112, the positive fine capacitor array 124, and the negative fine Although shown as being redundantly included in the capacitor array 126, the coarse capacitor array 112, the positive fine capacitor array 124, and the negative fine capacitor array 126 may include a plurality of binary-weighted capacitors redundantly. may be

제1 CDAC(110)은 SAR 제어부(140)의 제어에 대응하여, coarse 커패시터 어레이(112)에 포함된 커패시터들의 하부 플레이트에 각각 제1 기준전압(VREF) 또는 제2 기준전압(GND)을 인가시키는 복수개의 스위칭 소자(SN-1 내지 SN-K)들을 포함한다. The first CDAC 110 applies a first reference voltage V REF or a second reference voltage GND to lower plates of the capacitors included in the coarse capacitor array 112, respectively, in response to the control of the SAR controller 140. It includes a plurality of switching elements (S N-1 to S NK ) for applying.

제2 CDAC(120)은 SAR 제어부(140)의 제어에 대응하여, positive fine 커패시터 어레이(124)에 포함된 커패시터들의 하부 플레이트에 각각 제1 기준전압(VREF) 또는 제2 기준전압(GND)을 인가시키는 복수개의 스위칭 소자(SP (N-K) 내지 SP0)들을 포함한다.The second CDAC 120 applies a first reference voltage V REF or a second reference voltage GND to the lower plates of the capacitors included in the positive fine capacitor array 124, respectively, in response to the control of the SAR controller 140. It includes a plurality of switching elements (S P (NK) to S P0 ) for applying.

제2 CDAC(120)은 SAR 제어부(140)의 제어에 대응하여, negative fine 커패시터 어레이(126)에 포함된 커패시터들의 하부 플레이트에 각각 제1 기준전압(VREF) 또는 제2 기준전압(GND)을 인가시키는 복수개의 스위칭 소자(SN(N-K) 내지 SN0)들을 포함한다.In response to the control of the SAR controller 140, the second CDAC 120 applies a first reference voltage V REF or a second reference voltage GND to lower plates of capacitors included in the negative fine capacitor array 126, respectively. It includes a plurality of switching elements (S N (NK) to S N0 ) for applying.

한편, 제1 잔여 커패시터 어레이(114)에 포함된 커패시터들의 하부 플레이트는 공통으로 연결되어, S/H 스위치부(104)에 연결될 수 있다. 이에 따라, SAR 동작(SAR operation) 동안, 제1 잔여 커패시터 어레이(114)에 포함된 커패시터들의 하부 플레이트에는 제2 기준전압(GND)이 인가될 수 있다. Meanwhile, lower plates of the capacitors included in the first residual capacitor array 114 may be connected in common to the S/H switch unit 104 . Accordingly, during the SAR operation, the second reference voltage GND may be applied to the lower plates of the capacitors included in the first residual capacitor array 114 .

제2 잔여 커패시터 어레이(122)에 포함된 커패시터들의 하부 플레이트는 공통으로 연결되어, 제2 기준전압(GND)에 연결될 수 있다.Lower plates of the capacitors included in the second residual capacitor array 122 may be connected in common to the second reference voltage GND.

비교기(130)는 제1 입력단(+), 제2 입력단(-) 및 출력단을 가지며, 제1 입력단과 제2 입력단은 제1 CDAC(110) 및 제2 CDAC(120)의 상단과 각각 연결된다. 비교기(130)는 제1 입력단의 전압 및 제2 입력단의 전압, 즉, 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+) 및 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-)을 비교한 결과를 SAR 제어부(140)로 출력한다.The comparator 130 has a first input terminal (+), a second input terminal (-), and an output terminal, and the first input terminal and the second input terminal are connected to upper ends of the first CDAC 110 and the second CDAC 120, respectively. . The comparator 130 compares the voltage of the first input terminal and the voltage of the second input terminal, that is, the upper voltage (V + ) of the first CDAC 110 and the upper voltage (V - ) of the second CDAC 120. is output to the SAR controller 140.

SAR 제어부(140)는 제1 CDAC(110) 및/또는 제2 CDAC(120)에 포함된 커패시터들에 인가되는 기준전압을 스위칭하고, 이에 따른 비교기(130)의 출력을 이용하여 N 비트의 디지털 코드 <DN:D1>를 결정한다. The SAR control unit 140 switches the reference voltage applied to the capacitors included in the first CDAC 110 and/or the second CDAC 120, and uses the output of the comparator 130 accordingly to obtain an N-bit digital signal. Determine the code <D N :D 1 >.

SAR 제어부(140)는 coarse 커패시터 어레이(112)에 포함된 커패시터들에 인가되는 기준전압을 스위칭하여, 상위 K-비트의 출력 <BN-1:BN-K>를 순차적으로 결정한다. The SAR control unit 140 switches the reference voltage applied to capacitors included in the coarse capacitor array 112 to sequentially determine outputs of upper K-bits <B N-1 : B NK >.

예를 들어, SAR 제어부(140)는 coarse 커패시터 어레이(112)에 포함된 커패시터들 중, LSB(LSB: Least Significant Bit)를 기준으로 k번째(k는 N-1 이하 N-K 이상의 정수) 비트(Bk)에 대응하는 커패시터에 연결된 스위칭 소자(Sk)를 제어하여, k번째 비트(Bk)에 대응하는 커패시터의 하부 플레이트에 제1 기준전압(VREF)을 인가한다. 이에 따라, 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 변경되고, SAR 제어부(140)는 비교기(130)의 출력을 이용하여 k번째 비트(Bk)를 결정한다. SAR 제어부(140)는 결정된 k번째 비트(Bk)의 값을 기초로, 해당 비트에 대응하는 커패시터를 제1 기준전압(VREF)에 연결된 상태로 유지시키거나, 제2 기준전압(GND)에 연결되도록 스위칭 소자(Sk)를 제어한다. For example, the SAR control unit 140 selects the k-th (k is an integer equal to or greater than N-1 or less NK) bit (B The first reference voltage (V REF ) is applied to the lower plate of the capacitor corresponding to the k-th bit (B k ) by controlling the switching element (S k ) connected to the capacitor corresponding to k ). Accordingly, the top voltage (V + ) of the first CDAC 110 is changed, and the SAR controller 140 determines the k-th bit (B k ) using the output of the comparator 130 . Based on the value of the determined k-th bit (B k ), the SAR controller 140 maintains the capacitor corresponding to the corresponding bit connected to the first reference voltage (V REF ), or the second reference voltage (GND). Control the switching element (S k ) to be connected to.

SAR 제어부(140)는 (N-K)번째 비트(BN-K)를 결정하고, 해당 비트에 대응하는 커패시터에 제1 기준전압(VREF) 또는 제2 기준전압(GND)을 인가시킨 이후의 비교기(130)의 출력에 기초하여, positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126) 중 하부 플레이트에 연결된 스위칭 소자들을 제어할 커패시터 어레이를 결정한다.The SAR control unit 140 determines the (NK) th bit (B NK ), and applies the first reference voltage (V REF ) or the second reference voltage (GND) to the capacitor corresponding to the corresponding bit. Comparator 130 Based on the output of ), a capacitor array to control the switching elements connected to the lower plate among the positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126 is determined.

SAR 제어부(140)는 positive fine 커패시터 어레이(124) 또는 negative fine 커패시터 어레이(126)에 포함된 커패시터들에 인가되는 기준전압을 스위칭하여, 하위 (N-K+1)-비트 <Bp(N-K):Bp0> 또는 <Bn(N-K):Bn0>를 순차적으로 결정한다.The SAR control unit 140 switches the reference voltage applied to the capacitors included in the positive fine capacitor array 124 or the negative fine capacitor array 126 to lower (N-K+1)-bit <B p(NK ) :B p0 > or <B n(NK) :B n0 > are sequentially determined.

예를 들어, positive fine 커패시터 어레이(124)를 이용하는 경우, SAR 제어부(140)는 positive fine 커패시터 어레이(124)에 포함된 커패시터들 중 LSB를 기준으로 j번째(j는 N-K 이하의 정수) 비트(Bpj)에 대응하는 커패시터에 연결된 스위칭 소자(Spj)를 제어하여, j번째 비트(Bpj)에 대응하는 커패시터의 하부 플레이트에 제1 기준전압(VREF)을 인가한다. 이에 따라, 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-)이 변경되고, SAR 제어부(140)는 비교기(130)의 출력을 이용하여 j번째 비트(Bpj)를 결정한다. SAR 제어부(140)는 결정된 j번째 비트(Bpj)의 값을 기초로, 해당 비트에 대응하는 커패시터를 제1 기준전압(VREF)에 연결된 상태로 유지시키거나, 제2 기준전압(GND)에 연결되도록 스위칭 소자(Spj)를 제어한다.For example, when using the positive fine capacitor array 124, the SAR control unit 140 determines the jth (j is an integer less than or equal to NK) bit (j is an integer less than or equal to NK) based on the LSB among the capacitors included in the positive fine capacitor array 124. The first reference voltage (V REF ) is applied to the lower plate of the capacitor corresponding to the j-th bit (B pj ) by controlling the switching element (S pj ) connected to the capacitor corresponding to B pj ). Accordingly, the upper voltage (V - ) of the second CDAC 120 is changed, and the SAR controller 140 determines the j-th bit (B pj ) using the output of the comparator 130 . Based on the value of the determined j-th bit (B pj ), the SAR control unit 140 maintains the capacitor corresponding to the bit in a state connected to the first reference voltage (V REF ), or the second reference voltage (GND). Control the switching element (S pj ) to be connected to.

마찬가지로, negative fine 커패시터 어레이(126)를 이용하는 경우, SAR 제어부(140)는 negative fine 커패시터 어레이(126)에 포함된 커패시터들 중 LSB를 기준으로 j번째 비트(Bnj)에 대응하는 커패시터에 연결된 스위칭 소자(Snj)를 제어하여, j번째 비트(Bnj)에 대응하는 커패시터의 하부 플레이트에 제2 기준전압을 인가한다. 이에 따라, 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-)이 변경되고, SAR 제어부(140)는 비교기(130)의 출력을 이용하여 j번째 비트(Bpj)를 결정한다. SAR 제어부(140)는 결정된 j번째 비트(Bpj)의 값을 기초로, 해당 비트에 대응하는 커패시터를 제2 기준전압(GND)에 연결된 상태로 유지시키거나, 제1 기준전압(VREF)에 연결되도록 스위칭 소자(Snj)를 제어한다.Similarly, when using the negative fine capacitor array 126, the SAR control unit 140 is a switching connected to a capacitor corresponding to the j th bit (B nj ) based on the LSB among the capacitors included in the negative fine capacitor array 126 The second reference voltage is applied to the lower plate of the capacitor corresponding to the j-th bit (B nj ) by controlling the device (S nj ). Accordingly, the upper voltage (V - ) of the second CDAC 120 is changed, and the SAR controller 140 determines the j-th bit (B pj ) using the output of the comparator 130 . Based on the value of the determined j-th bit (B pj ), the SAR controller 140 maintains the capacitor corresponding to the bit in a state connected to the second reference voltage (GND), or the first reference voltage (V REF ). Controls the switching element (S nj ) to be connected to.

SAR 제어부(140)는 상위 K-비트의 출력 <BN- 1:BN -K>과 하위 (N-K+1)-비트의 출력 <Bp(N-K):Bp0> 또는 <Bn(N-K):Bn0>를 기초로, 오차가 보정된 N-비트 디지털 코드 <DN - 1:D0>를 출력한다. SAR 제어부(140)는 상위 K-비트의 출력 <BN- 1:BN -K>에서 하위 (N-K+1)-비트의 출력 <Bp(N-K):Bp0> 또는 <B(N-K):Bn0>를 더하거나 빼 디지털 코드 <DN - 1:D0>를 구할 수 있다. The SAR control unit 140 outputs the upper K-bit <B N- 1 :B N -K > and the lower (N-K+1)-bit output <B p(NK) :B p0 > or <B n Based on (NK) :B n0 >, an error-corrected N-bit digital code <D N - 1 :D 0 > is output. The SAR control unit 140 outputs the lower (N-K+1)-bits from the upper K-bit output <B N- 1 :B N -K ><B p(NK) :B p0 > or <B ( NK) :B n0 > can be added or subtracted to obtain the digital code <D N - 1 :D 0 >.

본 개시의 일 실시예에 따른 SAR 제어부(140)는 positive fine 커패시터 어레이(124)를 이용하여 하위 (N-K+1)-비트의 출력 <Bp(N-K):Bp0>을 결정한 경우, 상위 K-비트의 출력 <BN- 1:BN -K>에서 하위 (N-K+1)-비트의 출력 <Bp(N-K):Bp0> 또는 <B(N-K+1):Bn1>를 뺄 수 있다. 반면, negative fine 커패시터 어레이(126)를 이용하여 하위 (N-K+1)-비트의 출력 <B(N-K):Bn0>을 결정한 경우, 상위 K-비트의 출력 <BN- 1:BN -K>에서 하위 (N-K+1)-비트의 출력 <B(N-K):Bn0>을 더할 수 있다. When the SAR controller 140 according to an embodiment of the present disclosure determines the lower (N-K+1)-bit output <B p(NK) :B p0 > using the positive fine capacitor array 124, Output of the upper K-bits <B N- 1 :B N -K > to the output of the lower (N-K+1)-bits <B p(NK) :B p0 > or <B (N-K+1) :B n1 > can be subtracted. On the other hand, when the lower (N-K+1)-bit output <B (NK) :B n0 > is determined using the negative fine capacitor array 126, the upper K-bit output <B N- 1 :B From N -K >, the lower (N-K+1)-bit output <B (NK) :B n0 > can be added.

예를 들어, SAR ADC(10)의 해상도가 6-비트이고, coarse 커패시터 어레이가 상위 3-비트에 대응하는 경우, 디지털 코드 <DN - 1:D0>는 수학식 1 또는 수학식 2 와 같이 구해질 수 있다.For example, when the resolution of the SAR ADC 10 is 6-bit and the coarse capacitor array corresponds to the upper 3-bits, the digital code <D N - 1 :D 0 > is equivalent to Equation 1 or 2 can be saved together.

Figure 112021080730634-pat00001
Figure 112021080730634-pat00001

Figure 112021080730634-pat00002
Figure 112021080730634-pat00002

이하, 도 2 내지 도 3b를 참조하여 본 개시의 일 실시예에 따른 SAR ADC의 동작을 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the SAR ADC according to an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 3B.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 SAR ADC의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 2 is a flowchart for explaining the operation of a SAR ADC according to an embodiment of the present disclosure.

도 3a 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 6-비트 SAR ADC의 동작을 나타내는 신호 흐름도이다.3A and 3B are signal flow diagrams illustrating the operation of a 6-bit SAR ADC according to an embodiment of the present disclosure.

도 3a는 상위 제1 CDAC의 상단전압(V+)이 충분히 충전되기 전에 최상위비트(B5)를 결정하여 발생한 positive 오차를 보정하는 과정을 나타내고, 도 3b는 제1 CDAC의 상단전압(V+)이 충분히 방전되기 전에 차상위비트(B4)를 결정하여 발생한 negative 오차를 보정하는 과정을 나타낸다. 3A shows a process of correcting a positive error generated by determining the most significant bit (B 5 ) before the upper voltage (V + ) of the upper first CDAC is sufficiently charged. FIG. ) shows the process of correcting the negative error caused by determining the next-order bit (B 4 ) before it is sufficiently discharged.

먼저, S/H 스위치부(100, 102 및 104)는 SAR 제어부(140)의 제어에 대응하여, 턴온/오프(turn on/off)되어 입력신호(VIN)를 제1 CDAC(110)에 샘플링한다(S200). First, the S/H switch units 100, 102, and 104 are turned on/off in response to the control of the SAR controller 140 to transmit the input signal V IN to the first CDAC 110. Sampling (S200).

예를 들어, 샘플 앤 홀드 신호(SH)가 'high'가 되면, S/H 스위치부(100)가 턴온되어, coarse 커패시터 어레이(112), 제1 잔여 커패시터 어레이(114), 제2 잔여 커패시터 어레이(122), positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)의 상부 플레이트에는 공통 모드 전압(VCM)이 인가될 수 있다. 또한, S/H 스위치부(102 및 104)가 각각 턴온되어, coarse 커패시터 어레이(112) 및 제1 잔여 커패시터 어레이(114)의 하부 플레이트에는 입력신호(VIN)가 인가될 수 있다. 이때, 제2 잔여 커패시터 어레이(122) 및 positive fine 커패시터 어레이(124)의 하부 플레이트에는 제2 기준전압(GND)이 인가되고, negative fine 커패시터 어레이(126)의 하부 플레이트에는 제1 기준전압(VREF)이 인가될 수 있다. 이와 같이, 샘플링이 수행되는 동안, positive fine 커패시터 어레이(124) 및 negative fine 커패시터 어레이(126)의 하부 플레이트에 서로 다른 기준전압이 인가되도록 하여, 오차의 극성에 따라, positive fine 커패시터 어레이(124) 또는 negative fine 커패시터 어레이(126)를 이용하여 오차를 보정할 수 있다.For example, when the sample and hold signal SH becomes 'high', the S/H switch unit 100 is turned on, and the coarse capacitor array 112, the first residual capacitor array 114, and the second residual capacitor are turned on. A common mode voltage V CM may be applied to upper plates of the array 122 , the positive fine capacitor array 124 , and the negative fine capacitor array 126 . Also, when the S/H switch units 102 and 104 are turned on, respectively, the input signal V IN may be applied to the lower plates of the coarse capacitor array 112 and the first residual capacitor array 114 . At this time, the second reference voltage (GND) is applied to the lower plate of the second residual capacitor array 122 and the positive fine capacitor array 124, and the first reference voltage (V) is applied to the lower plate of the negative fine capacitor array 126. REF ) can be applied. As such, while sampling is performed, different reference voltages are applied to the lower plates of the positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126 so that the positive fine capacitor array 124 Alternatively, the error may be corrected using the negative fine capacitor array 126 .

샘플 앤 홀드 신호(SH)가 'low'가 되면, S/H 스위치부(100, 102 및 104)가 턴 오프 되며, coarse 커패시터 어레이(112) 및 제1 잔여 커패시터 어레이(114)의 하부 플레이트에는 제2 기준전압(GND)이 인가된다. 이에 따라, 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 공통 모드 전압(VCM)에서 샘플링된 입력신호(VIN)의 크기만큼 감소하게 된다(도 3a 및 도 3b의 ①).When the sample and hold signal (SH) becomes 'low', the S/H switch units 100, 102, and 104 are turned off, and the coarse capacitor array 112 and the lower plate of the first residual capacitor array 114 are A second reference voltage (GND) is applied. Accordingly, the top voltage (V + ) of the first CDAC 110 is reduced by the magnitude of the input signal (V IN ) sampled from the common mode voltage (V CM ) (① in FIGS. 3A and 3B).

SAR 제어부(140)는 연속 근사 기법(successive approximation technique)에 따라 coarse 커패시터 어레이(112)에 인가되는 기준전압을 스위칭하여 N 비트의 디지털 코드 중 상위 K-비트 <BN-1:BN-K>를 결정한다(S210).The SAR control unit 140 switches the reference voltage applied to the coarse capacitor array 112 according to a successive approximation technique to generate the upper K-bits <B N-1 : B NK > of the N-bit digital code. Determine (S210).

예를 들어, SAR 제어부(140)는 coarse 커패시터 어레이(112)에 포함된 커패시터들 중 MSB(BN-1)에 대응하는 커패시터에 연결된 스위칭 소자(SN-1)를 제어하여, MSB(BN-1)에 대응하는 커패시터의 하부 플레이트에 제1 기준전압(VREF)을 인가시킨다. 이에 따라, 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 1/2*VREF만큼 증가하게된다(도 3a 및 도 3b의 ②).For example, the SAR controller 140 controls the switching element S N-1 connected to a capacitor corresponding to MSB(B N-1 ) among the capacitors included in the coarse capacitor array 112 to control the MSB (B N-1 ). A first reference voltage (V REF ) is applied to the lower plate of the capacitor corresponding to N-1 ). Accordingly, the top voltage (V + ) of the first CDAC 110 is increased by 1/2*V REF (② in FIGS. 3A and 3B).

SAR 제어부(140)는 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+) 및 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-)을 비교하여 MSB(BN-1)를 결정한다. The SAR controller 140 compares the upper voltage (V + ) of the first CDAC 110 and the upper voltage (V - ) of the second CDAC 120 to determine the MSB (B N-1 ).

SAR 제어부(140)는 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-), 즉 공통 모드 전압(VCM)보다 크면 MSB(BN-1)를 '0'로 결정하고, 작으면 MSB(BN-1)를 '1'로 결정한다. The SAR control unit 140 generates MSB(B N-1 ) when the upper voltage (V + ) of the first CDAC 110 is greater than the upper voltage (V - ) of the second CDAC 120, that is, the common mode voltage (V CM ). ) is determined to be '0', and if it is small, MSB (B N-1 ) is determined to be '1'.

SAR 제어부(140)는 결정된 MSB(BN-1)를 기초로, coarse 커패시터 어레이(112)에 포함된 커패시터들 중 MSB(BN-1)에 대응하는 커패시터에 제1 기준전압(VREF) 또는 제2 기준전압(GND)이 인가되도록 스위칭 소자(SN-1)를 제어하고, 다음 비트(BN-2)에 대응하는 커패시터에 연결된 스위칭 소자(SN-2)를 제어하여, 해당 비트(BN-2)에 대응하는 커패시터의 하부 플레이트에 제1 기준전압(VREF)을 인가시킨다. 예를 들어, MSB(BN-1)가 1로 결정된 경우, SAR 제어부(140)는 MSB(BN-1)에 대응하는 커패시터에 제1 기준전압(VREF)이 인가되도록 스위칭 소자(SN-1)의 스위칭 상태를 유지시키고, 다음 비트(BN-2)에 대응하는 커패시터에 제1 기준전압(VREF)이 인가되도록 스위칭 소자(SN-2)를 제어한다. 이에 따라, 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 1/4*VREF만큼 증가하게된다(도 3a의 ③). 반대로, MSB(BN)가 0으로 결정된 경우, SAR 제어부(140)는 MSB(BN-1)에 대응하는 커패시터에 제2 기준전압(GND)이 인가되도록 스위칭 소자(SN-1)를 제어하고, 다음 비트(BN-2)에 대응하는 커패시터에 제1 기준전압(VREF)이 인가되도록 스위칭 소자(SN-2)를 제어한다. 이에 따라, 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 1/4*VREF만큼 감소하게된다(도 3b의 ③).Based on the determined MSB (B N-1 ), the SAR controller 140 applies a first reference voltage (V REF ) to a capacitor corresponding to MSB (B N-1 ) among capacitors included in the coarse capacitor array 112 . Alternatively, by controlling the switching element (S N-1 ) so that the second reference voltage (GND) is applied, and by controlling the switching element (S N- 2 ) connected to the capacitor corresponding to the next bit (B N-2 ), the corresponding A first reference voltage V REF is applied to the lower plate of the capacitor corresponding to the bit B N-2 . For example, when MSB(B N−1 ) is determined to be 1, the SAR controller 140 applies the first reference voltage V REF to the capacitor corresponding to MSB(B N−1 ) to the switching element S N-1 ) is maintained, and the switching element S N- 2 is controlled so that the first reference voltage V REF is applied to the capacitor corresponding to the next bit (B N-2 ). Accordingly, the top voltage (V + ) of the first CDAC 110 is increased by 1/4*V REF (③ in FIG. 3A). Conversely, when MSB(B N ) is determined to be 0, the SAR controller 140 operates the switching element S N-1 so that the second reference voltage GND is applied to the capacitor corresponding to MSB(B N-1 ). and controls the switching element S N-2 so that the first reference voltage V REF is applied to the capacitor corresponding to the next bit B N- 2 . Accordingly, the top voltage (V + ) of the first CDAC 110 is reduced by 1/4*V REF (③ in FIG. 3B).

동일한 방식으로, SAR 제어부(140)는 상위 K-비트 <BN- 1:BN -K>를 순차적으로 결정한다. (N-K+1) 번째 비트(BN-K)가 결정되면, coarse 커패시터 어레이(112)에 포함된 커패시터들 중 (N-K) 번째 비트(BN-K)에 대응하는 커패시터에 제1 기준전압(VREF) 또는 제2 기준전압(GND)이 인가되도록 스위칭 소자(SN-1)를 제어한다. 예를 들어, (N-K+1) 번째 비트(BN-K)가 0으로 결정된 경우, SAR 제어부(140)는 (N-K) 번째 비트(BN-K)에 대응하는 커패시터에 제2 기준전압(GND)이 인가되도록 스위칭 소자(SN-K)를 제어한다. 이에 따라, 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 일정 크기만큼 감소한 후 일정하게 유지된다(도 3a의 ④). 반대로, (N-K) 번째 비트(BN-K)가 1로 결정된 경우, SAR 제어부(140)는 coarse 커패시터 어레이(112)에 포함된 커패시터들 중 (N-K) 번째 비트(BN-K)에 대응하는 커패시터에 제1 기준전압(VREF)이 인가되도록 스위칭 소자(SN-K1)의 스위칭 상태를 유지시킨다. 이에 따라, 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 일정하게 유지된다(도 3b의 ④). In the same way, the SAR controller 140 sequentially determines the upper K-bits <B N- 1 :B N -K >. When the (N−K+1) th bit (B NK ) is determined, the first reference voltage (V REF ) is applied to the capacitor corresponding to the (NK) th bit (B NK ) among the capacitors included in the coarse capacitor array 112. ) or the second reference voltage (GND) is applied to control the switching element (S N-1 ). For example, when the (N−K+1) th bit (B NK ) is determined to be 0, the SAR controller 140 applies the second reference voltage (GND) to the capacitor corresponding to the (NK) th bit (B NK ). The switching element (S NK ) is controlled so that is applied. Accordingly, the top voltage (V + ) of the first CDAC 110 decreases by a certain amount and then remains constant (④ in FIG. 3A). Conversely, when the (NK)-th bit (B NK ) is determined to be 1, the SAR controller 140 selects a capacitor corresponding to the (NK)-th bit (B NK ) among capacitors included in the coarse capacitor array 112. 1 The switching state of the switching element (S N-K1 ) is maintained so that the reference voltage (V REF ) is applied. Accordingly, the top voltage (V + ) of the first CDAC 110 is maintained constant (④ in FIG. 3B).

이후, SAR 제어부(140)는 비교기(130)의 출력에 기초하여 positive fine 커패시터 어레이(124) 및 상기 negative fine 커패시터 어레이(126) 중에서 하위 (N-K+1)-비트 <Bp(N-K):Bp0> 또는 <Bn(N-K):Bn0>를 결정하는데 사용할 커패시터 어레이를 선택한다(S220). Thereafter, the SAR controller 140 determines the lower (N-K+1)-bit <B p(NK) of the positive fine capacitor array 124 and the negative fine capacitor array 126 based on the output of the comparator 130. A capacitor array to be used to determine :B p0 > or <B n(NK) :B n0 > is selected (S220).

상위 K-비트 <BN- 1:BN -K>를 결정한 이후, 일정하게 고정된 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-), 즉 공통 모드 전압(VCM)보다 높은 경우, SAR 제어부(140)는 positive fine 커패시터 어레이(124)에 인가되는 기준전압을 스위칭를 이용하여 하위 (N-K+1)-비트 <Bp(N-K):Bp0>를 결정한다(S230 내지 S235). After determining the upper K-bit <B N- 1 :B N -K >, the upper level voltage (V + ) of the first CDAC 110, which is constantly fixed, is the upper level voltage (V - ) of the second CDAC 120 , That is, when higher than the common mode voltage (V CM ), the SAR control unit 140 converts the reference voltage applied to the positive fine capacitor array 124 to a lower (N-K+1)-bit <B p(NK ) :B p0 > is determined (S230 to S235).

예를 들어, SAR 제어부(140)는 positive fine 커패시터 어레이(124)에 포함된 커패시터들 중 j번째(j는 N-K 이하의 정수) 비트(Bpj)에 대응하는 커패시터에 연결된 스위칭 소자(SPj)를 제어하여, j번째 비트(Bpj)에 대응하는 커패시터의 하부 플레이트에 제1 기준전압(VREF)을 인가한다(S230).For example, the SAR control unit 140 includes a switching element (S Pj ) connected to a capacitor corresponding to a jth (j is an integer less than or equal to NK) bit (B pj ) among the capacitors included in the positive fine capacitor array 124 By controlling, a first reference voltage (V REF ) is applied to the lower plate of the capacitor corresponding to the j-th bit (B pj ) (S230).

SAR 제어부(140)는 비교기(130)의 출력을 이용하여 j번째 비트(Bpj)를 결정한다(S231). 예를 들어, SAR 제어부(140)는 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-)보다 크면 j번째 비트(Bpj)를 '1'로 결정하고(S232), 작으면 j번째 비트(Bpj)를 '0'으로 결정한다(S233). The SAR control unit 140 determines the j-th bit (B pj ) using the output of the comparator 130 (S231). For example, the SAR control unit 140 sets the j-th bit (B pj ) to '1' when the upper voltage (V + ) of the first CDAC 110 is greater than the upper voltage (V - ) of the second CDAC 120. It is determined as (S232), and if it is small, the j-th bit (B pj ) is determined to be '0' (S233).

SAR 제어부(140)는 결정된 j번째 비트(Bpj)의 값을 기초로, 해당 비트에 대응하는 커패시터를 제1 기준전압(VREF)에 연결된 상태로 유지시키거나, 제2 기준전압(GND)에 연결되도록 스위칭 소자(Spj)를 제어한다(S232 및 S233). 예를 들어, j번째 비트(Bpj)가 '1'이면 해당 비트에 대응하는 커패시터에 제1 기준전압(VREF)이 인가되도록 스위칭 소자(Spj)의 스위칭 상태를 유지시키고(S232), j번째 비트(Bpj)가 '0'이면 해당 비트에 대응하는 커패시터에 제2 기준전압(GND)이 인가되도록 스위칭 소자(Spj)를 제어한다(S233). Based on the value of the determined j-th bit (B pj ), the SAR control unit 140 maintains the capacitor corresponding to the bit in a state connected to the first reference voltage (V REF ), or the second reference voltage (GND). The switching element (S pj ) is controlled to be connected to (S232 and S233). For example, if the j-th bit (B pj ) is '1', the switching state of the switching element (S pj ) is maintained so that the first reference voltage (V REF ) is applied to the capacitor corresponding to the corresponding bit (S232), If the j-th bit (B pj ) is '0', the switching element (S pj ) is controlled so that the second reference voltage (GND) is applied to the capacitor corresponding to the corresponding bit (S233).

반대로, 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-), 즉 공통 모드 전압(VCM)보다 낮은 경우, SAR 제어부(140)는 negative fine 커패시터 어레이(126)를 이용하여 하위 (N-K+1)-비트 <Bn(N-K):Bn0>를 결정한다.(S240 내지 S245).Conversely, when the top voltage (V + ) of the first CDAC 110 is lower than the top voltage (V - ) of the second CDAC 120, that is, the common mode voltage (V CM ), the SAR control unit 140 generates a negative fine The lower (N-K+1)-bit <B n(NK) :B n0 > is determined using the capacitor array 126 (S240 to S245).

SAR 제어부(140)는 negative fine 커패시터 어레이(126)에 포함된 커패시터들 중 LSB를 기준으로 j번째 비트(Bnj)에 대응하는 커패시터에 연결된 스위칭 소자(Snj)를 제어하여, j번째 비트(Bnj)에 대응하는 커패시터의 하부 플레이트에 제2 기준전압(GND)을 인가한다(S240). The SAR controller 140 controls the switching element (S nj ) connected to the capacitor corresponding to the j-th bit (B nj ) based on the LSB among the capacitors included in the negative fine capacitor array 126 to obtain the j-th bit ( A second reference voltage (GND) is applied to the lower plate of the capacitor corresponding to B nj ( S240 ).

이에 따라, 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-)이 변경되고, SAR 제어부(140)는 비교기(130)의 출력을 이용하여 j번째 비트(Bnj)를 결정한다(S241). 예를 들어, SAR 제어부(140)는 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)이 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-)보다 크면 j번째 비트(Bnj)를 '0'으로 결정하고(S242), 작으면 j번째 비트(Bnj)를 '1'로 결정한다(S243). Accordingly, the top voltage (V - ) of the second CDAC 120 is changed, and the SAR control unit 140 determines the j-th bit (B nj ) using the output of the comparator 130 (S241). For example, the SAR controller 140 sets the j-th bit (B nj ) to '0' when the upper voltage (V + ) of the first CDAC 110 is greater than the upper voltage (V - ) of the second CDAC 120. (S242), and if it is small, the j-th bit (B nj ) is determined to be '1' (S243).

SAR 제어부(140)는 결정된 j번째 비트(Bnj)의 값을 기초로, 해당 비트에 대응하는 커패시터를 제2 기준전압(GND)에 연결된 상태로 유지시키거나, 제1 기준전압(VREF)에 연결되도록 스위칭 소자(Snj)를 제어한다(S242 및 S243). 예를 들어, j번째 비트(Bnj)가 '0'이면 해당 비트에 대응하는 커패시터에 제1 기준전압(VREF)이 인가되도록 스위칭 소자(Snj)를 제어하고(S242), j번째 비트(Bnj)가 '1'이면 해당 비트에 대응하는 커패시터에 제2 기준전압(GND)이 인가되도록 스위칭 소자(Snj)의 스위칭 상태를 유지시킨다(S243). Based on the value of the determined j-th bit (B nj ), the SAR controller 140 maintains the capacitor corresponding to the bit in a state connected to the second reference voltage (GND), or the first reference voltage (V REF ). The switching element (S nj ) is controlled to be connected to (S242 and S243). For example, if the j-th bit (B nj ) is '0', the switching element (S nj ) is controlled so that the first reference voltage (V REF ) is applied to the capacitor corresponding to the corresponding bit ( S242 ), and the j-th bit If (B nj ) is '1', the switching state of the switching element S nj is maintained so that the second reference voltage GND is applied to the capacitor corresponding to the corresponding bit (S243).

하위 (N-K+1)-비트 <Bp(N-K):Bp0> 또는 <Bn(N-K):Bn0>이 모두 결정되면(S234 및 S234), SAR 제어부(140)는 상위 K-비트 <BN- 1:BN -K>와 하위 (N-K+1)-비트 <Bp(N-K):Bp0> 또는 <Bn(N-K):Bn0>로부터 측정오차가 보정된 디지털 코드 <DN - 1:D0>를 계산한다(S250). SAR 제어부(140)는 상위 K-비트 <BN- 1:BN -K>에서 하위 (N-K+1)-비트 <Bp(N-K):Bp0> 또는 <Bn(N-K):Bn0>을 더하거나 빼 최종 디지털 코드 <DN-1:D0>를 얻을 수 있다.When both the lower (N-K+1)-bits <B p(NK) :B p0 > or <B n(NK) :B n0 > are determined (S234 and S234), the SAR controller 140 moves the upper K- Corrected measurement errors from bits <B N- 1 :B N -K > and lower (N-K+1)-bits <B p(NK) :B p0 > or <B n(NK) :B n0 > The digital code <D N - 1 :D 0 > is calculated (S250). The SAR control unit 140 selects the upper K-bits <B N- 1 :B N -K > to the lower (N-K+1)-bits <B p(NK) :B p0 > or <B n(NK) : Add or subtract B n0 > to get the final digital code <D N-1 :D 0 >.

이상과 같이 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상위 K-비트 결정시에는 coarse 커패시터 어레이(112)를 스위칭하여 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)을 공통 모드 전압에 근사시키고, 하위 (N-K+1)비트 결정시에는 positive 커패시터 어레이(122) 또는 negative 커패시터 어레이(126)를 스위칭하여 제2 CDAC(120)의 상단전압(V-)을 일정 전압으로 고정된 제1 CDAC(110)의 상단전압(V+)에 근사시킬 수 있다. 이와 같이, 상위 비트들 및 하위 비트들을 결정하는데 사용되는 커패시터 어레이를 달리함으로써, 동일한 가중치(예컨대, 2N-K)를 갖는 커패시터들을 중복으로 스위칭할 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present disclosure, when determining the upper K-bit, the coarse capacitor array 112 is switched to approximate the upper voltage (V + ) of the first CDAC 110 to the common mode voltage, and the lower ( When N-K+1) bit is determined, the first CDAC 110 fixes the upper voltage (V - ) of the second CDAC 120 to a constant voltage by switching the positive capacitor array 122 or the negative capacitor array 126 It can be approximated to the top voltage (V + ) of In this way, capacitors having the same weight (eg, 2 NK ) may be switched redundantly by changing the capacitor array used to determine the upper bits and the lower bits.

도 2에서는 각 과정들을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 개시의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 개시의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 2에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정들 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 2는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.Although each process is described as sequentially executed in FIG. 2 , this is merely an example of the technical idea of an embodiment of the present disclosure. In other words, those skilled in the art to which an embodiment of the present disclosure pertains may change and execute the order described in FIG. 2 or perform one or more of each process within the range that does not deviate from the essential characteristics of an embodiment of the present disclosure. Since it will be possible to apply various modifications and variations by executing in parallel, FIG. 2 is not limited to a time-series order.

본 명세서에 설명되는 시스템들 및 기법들의 다양한 구현예들은, 디지털 전자 회로, 집적 회로, FPGA(field programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit), 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합으로 실현될 수 있다. 이러한 다양한 구현예들은 프로그래밍가능 시스템 상에서 실행가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들로 구현되는 것을 포함할 수 있다. 프로그래밍가능 시스템은, 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 디바이스, 그리고 적어도 하나의 출력 디바이스로부터 데이터 및 명령들을 수신하고 이들에게 데이터 및 명령들을 전송하도록 결합되는 적어도 하나의 프로그래밍가능 프로세서(이것은 특수 목적 프로세서일 수 있거나 혹은 범용 프로세서일 수 있음)를 포함한다. 컴퓨터 프로그램들(이것은 또한 프로그램들, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션들 혹은 코드로서 알려져 있음)은 프로그래밍가능 프로세서에 대한 명령어들을 포함하며 "컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체"에 저장된다. Various implementations of the systems and techniques described herein may include digital electronic circuits, integrated circuits, field programmable gate arrays (FPGAs), application specific integrated circuits (ASICs), computer hardware, firmware, software, and/or their can be realized in combination. These various implementations may include being implemented as one or more computer programs executable on a programmable system. A programmable system includes at least one programmable processor (which may be a special purpose processor) coupled to receive data and instructions from and transmit data and instructions to a storage system, at least one input device, and at least one output device. or may be a general-purpose processor). Computer programs (also known as programs, software, software applications or code) contain instructions for a programmable processor and are stored on a “computer readable medium”.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등의 비휘발성(non-volatile) 또는 비일시적인(non-transitory) 매체일 수 있으며, 또한 데이터 전송 매체(data transmission medium)와 같은 일시적인(transitory) 매체를 더 포함할 수도 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다.A computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system. These computer-readable  recording media include non-volatile or non-transitory media such as ROM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, memory card, hard disk, magneto-optical disk, and storage device. It may be a medium, and may further include a transitory medium such as a data transmission medium. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed to computer systems connected through a network, and computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner.

본 명세서에 설명되는 시스템들 및 기법들의 다양한 구현예들은, 프로그램가능 컴퓨터에 의하여 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 프로그램가능 프로세서, 데이터 저장 시스템(휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 다른 종류의 저장 시스템이거나 이들의 조합을 포함함) 및 적어도 한 개의 커뮤니케이션 인터페이스를 포함한다. 예컨대, 프로그램가능 컴퓨터는 서버, 네트워크 기기, 셋탑 박스, 내장형 장치, 컴퓨터 확장 모듈, 개인용 컴퓨터, 랩탑, PDA(Personal Data Assistant), 클라우드 컴퓨팅 시스템 또는 모바일 장치 중 하나일 수 있다.Various implementations of the systems and techniques described herein may be implemented by a programmable computer. Here, the computer includes a programmable processor, a data storage system (including volatile memory, non-volatile memory, or other types of storage systems, or combinations thereof) and at least one communication interface. For example, a programmable computer may be one of a server, network device, set top box, embedded device, computer expansion module, personal computer, laptop, personal data assistant (PDA), cloud computing system, or mobile device.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Therefore, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but to explain, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of this embodiment should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of rights of this embodiment.

10: SAR ADC 100, 102 및 104: S/H 스위치부
110: 제1 CDAC 112: coarse 커패시터 어레이
114: 제1 잔여 커패시터 어레이 120: 제2 CDAC
122: 제2 잔여 커패시터 어레이 124: positive fine 커패시터 어레이
126: negative fine 커패시터 어레이 130: 비교기
140: SAR 제어부
10: SAR ADC 100, 102 and 104: S / H switch unit
110: first CDAC 112: coarse capacitor array
114: first residual capacitor array 120: second CDAC
122: second residual capacitor array 124: positive fine capacitor array
126: negative fine capacitor array 130: comparator
140: SAR control unit

Claims (10)

아날로그 신호를 디지털 코드로 변환하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기로서,
제1 입력단, 제2 입력단 및 출력단을 포함하는 비교기;
상기 비교기의 제1 입력단에 연결되며, 이진으로 가중되는 커패시터들을 포함하는 제1 CDAC;
상기 비교기의 제2 입력단에 연결되며, 상기 제1 CDAC과 동일한 총 커패시턴스(total capacitance)를 갖되, 상기 디지털 코드의 적어도 하나의 하위 비트별로 상기 하위 비트에 대응하는 복수개의 커패시터를 구비하는 제2 CDAC; 및
상기 제1 CDAC 및 상기 제2 CDAC에 포함된 커패시터에 인가되는 기준전압을 스위칭하여, 상기 디지털 코드를 결정하는 SAR 제어부를 포함하되,
상기 제2 CDAC은, 상기 적어도 하나의 하위 비트들에 각각 대응하는 커패시터를 포함하는 positive fine 커패시터 어레이 및 negative fine 커패시터 어레이를 포함하고,
상기 제1 CDAC은, 상기 디지털 코드의 적어도 하나의 상위 비트들에 각각 대응하는 커패시터를 포함하는 coarse 커패시터 어레이를 포함하고,
상기 SAR 제어부는, 상기 적어도 하나의 상위 비트를 결정한 이후의 상기 비교기의 출력에 기초하여, 상기 positive fine 커패시터 어레이 및 상기 negative fine 커패시터 어레이 중에서 상기 적어도 하나의 하위 비트들을 결정하기 위한 커패시터 어레이를 선택하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기.
As a successive approximation register analog-to-digital converter that converts analog signals into digital codes,
a comparator including a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal;
a first CDAC connected to the first input of the comparator and including binary-weighted capacitors;
A second CDAC connected to the second input terminal of the comparator, having the same total capacitance as that of the first CDAC, and including a plurality of capacitors corresponding to the least significant bits of the digital code. ; and
A SAR controller configured to determine the digital code by switching a reference voltage applied to capacitors included in the first CDAC and the second CDAC,
The second CDAC includes a positive fine capacitor array and a negative fine capacitor array including capacitors respectively corresponding to the at least one lower bit,
The first CDAC includes a coarse capacitor array including capacitors respectively corresponding to at least one upper bit of the digital code,
The SAR control unit selects a capacitor array for determining the at least one lower bit from among the positive fine capacitor array and the negative fine capacitor array based on the output of the comparator after determining the at least one upper bit. A successive approximation register analog-to-digital converter, characterized in that.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 SAR 제어부는,
positive fine 커패시터 어레이 및 negative fine 커패시터 어레이 중 하나에 포함된 커패시터들에 인가되는 기준전압을 스위칭하여, 상기 적어도 하나의 하위 비트들을 결정하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기.
According to claim 1,
The SAR controller,
A successive approximation register analog-to-digital converter, characterized in that determining the at least one lower bit by switching a reference voltage applied to capacitors included in one of the positive fine capacitor array and the negative fine capacitor array.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 SAR 제어부는,
상기 coarse 커패시터 어레이에 포함된 커패시터들에 인가되는 기준전압을 스위칭하여 상기 적어도 하나의 상위 비트들을 결정하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기.
According to claim 1,
The SAR controller,
The successive approximation register analog-to-digital converter, characterized in that determining the at least one upper bit by switching a reference voltage applied to capacitors included in the coarse capacitor array.
제1항에 있어서,
상기 coarse 커패시터 어레이, 상기 positive fine 커패시터 어레이 및 상기 negative fine 커패시터 어레이는, 동일한 가중치를 갖는 커패시터를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기.
According to claim 1,
The continuous approximation register analog-to-digital converter, wherein the coarse capacitor array, the positive fine capacitor array, and the negative fine capacitor array include one or more capacitors having the same weight.
제1항에 있어서,
상기 SAR 제어부는,
상기 적어도 하나의 상위 비트 및 상기 적어도 하나의 하위 비트로부터, 측정오차가 보정된 상기 디지털 코드를 결정하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기.
According to claim 1,
The SAR controller,
and determining the digital code, the measurement error of which is corrected, from the at least one upper bit and the at least one lower bit.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 SAR 제어부는,
상기 적어도 하나의 상위 비트를 결정한 이후의 상기 제1 CDAC를 구성하는 커패시터들의 상부 플레이트(top plate)의 전압이 상기 제2 CDAC를 구성하는 커패시터들의 상부 플레이트의 전압보다 높으면, 상기 positive fine 커패시터 어레이를 이용하여 상기 적어도 하나의 하위 비트들을 결정하고,
상기 적어도 하나의 상위 비트를 결정한 이후의 상기 제1 CDAC의 상단 전압이 상기 제2 CDAC의 상단 전압보다 낮으면, 상기 negative fine 커패시터 어레이를 이용하여 상기 적어도 하나의 하위 비트들을 결정하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기.
According to claim 1,
The SAR controller,
If the voltage of the top plates of the capacitors constituting the first CDAC after determining the at least one upper bit is higher than the voltage of the top plates of the capacitors constituting the second CDAC, the positive fine capacitor array determining the at least one lower bit using
If the upper voltage of the first CDAC after determining the at least one upper bit is lower than the upper voltage of the second CDAC, the at least one lower bit is determined using the negative fine capacitor array. Successive approximation register analog-to-digital converter.
이진으로 가중되는 커패시터들을 포함하는 제1 CDAC 및 상기 제1 CDAC과 동일한 총 커패시턴스(total capacitance)를 갖되, 디지털 코드의 적어도 하나의 하위 비트별로 상기 하위 비트에 대응하는 복수개의 커패시터를 구비하는 제2 CDAC를 포함하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기의 동작방법으로서,
상기 제1 CDAC을 이용하여 상기 디지털 코드의 적어도 하나의 상위 비트를 결정하는 과정;
상기 제2 CDAC을 이용하여 상기 디지털 코드의 적어도 하나의 하위 비트를 결정하는 과정; 및
상기 적어도 하나의 상위 비트 및 상기 적어도 하나의 하위 비트로부터, 측정오차가 보정된 상기 디지털 코드를 결정하는 과정을 포함하되,
상기 제2 CDAC은, 상기 적어도 하나의 하위 비트들에 각각 대응하는 커패시터를 포함하는 positive fine 커패시터 어레이 및 negative fine 커패시터 어레이를 포함하고,
상기 제1 CDAC은, 상기 디지털 코드의 적어도 하나의 상위 비트들에 각각 대응하는 커패시터를 포함하는 coarse 커패시터 어레이를 포함하며,
상기 적어도 하나의 하위 비트를 결정하는 과정은, 상기 적어도 하나의 상위 비트를 결정한 이후의 비교기의 출력에 기초하여, 상기 positive fine 커패시터 어레이 및 상기 negative fine 커패시터 어레이 중에서 상기 적어도 하나의 하위 비트들을 결정하기 위한 커패시터 어레이를 선택하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터 아날로그 디지털 변환기의 동작방법.
A first CDAC including capacitors weighted in binary and a plurality of capacitors having the same total capacitance as the first CDAC and corresponding to at least one lower bit of the digital code A second As a method of operating a successive approximation register analog-to-digital converter including a CDAC,
determining at least one upper bit of the digital code using the first CDAC;
determining at least one lower bit of the digital code using the second CDAC; and
Determining the digital code, the measurement error of which is corrected, from the at least one upper bit and the at least one lower bit,
The second CDAC includes a positive fine capacitor array and a negative fine capacitor array including capacitors respectively corresponding to the at least one lower bit,
The first CDAC includes a coarse capacitor array including capacitors respectively corresponding to at least one upper bit of the digital code,
The process of determining the at least one lower bit may include determining the at least one lower bit among the positive fine capacitor array and the negative fine capacitor array based on the output of the comparator after determining the at least one upper bit. A method of operating a successive approximation register analog-to-digital converter, characterized in that for selecting a capacitor array for.
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