KR20070009750A - Serial sampling capacitor and analog to digital converter using it - Google Patents

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KR20070009750A
KR20070009750A KR1020050063596A KR20050063596A KR20070009750A KR 20070009750 A KR20070009750 A KR 20070009750A KR 1020050063596 A KR1020050063596 A KR 1020050063596A KR 20050063596 A KR20050063596 A KR 20050063596A KR 20070009750 A KR20070009750 A KR 20070009750A
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Abstract

A serial sampling capacitor and an ADC(Analog to Digital Converter) using the same are provided to prevent a malfunction of the ADC by lowering an impedance of a serial sampling capacitor. A serial sampling capacitor structure includes two serial capacitors(C1,C2), and a transistor(M1). The serial sampling capacitor structure is used to design an ADC. The transistor(M1) is located between a common mode voltage and a middle node between two serial capacitors(C1,C2). The transistor(M1) performs a switch function. The serial sampling capacitor structure resets a voltage of the middle node into the common mode voltage by operating a reset clock before two serial capacitors(C1,C2) perform sampling. The reset clock is partially overlapped with a sampling clock. The serial sampling capacitor structure prevents a malfunction of the ADC by lowering an impedance of a serial sampling capacitor.

Description

직렬 샘플링 커패시터 및 이를 이용한 아날로그 디지털 컨버터{Serial sampling capacitor and analog to digital converter using it}Serial sampling capacitor and analog to digital converter using it}

도 1은 두 개의 커패시터들을 일반적인 공통 중심(common centroid) 방식으로 구현한 것이다.1 illustrates two capacitors in a common common centroid manner.

도 2a는 단위 커패시터 C1~C4를 병렬로 연결한 경우를 도시한 것이고, 도 2b는 단위 커패시터 C1~C4를 직렬로 연결한 경우를 도시한 것이다. 2A illustrates a case in which unit capacitors C1 to C4 are connected in parallel, and FIG. 2B illustrates a case in which unit capacitors C1 to C4 are connected in series.

도 3은 2V/V의 이득을 가지는 MDAC 회로에서 샘플링 커패시터를 단위 커패시터 2개를 직렬 연결하여 구성한 회로이다. 3 is a circuit in which two sampling capacitors are connected in series in an MDAC circuit having a gain of 2V / V.

도 4는 본 발명에 의한 직렬 샘플링 커패시터의 구현 예를 도시한 것이다. Figure 4 shows an embodiment of a series sampling capacitor according to the present invention.

도 5는 도 4와 같은 구성에서 중간 노드에서의 전압 변화를 시뮬레이션한 것이다.FIG. 5 simulates a voltage change at an intermediate node in the configuration as shown in FIG. 4.

도 6은 직렬 샘플링 커패시터를 이용한 아날로그 디지털 컨버터의 일실시예를 도시한 것이다.6 illustrates one embodiment of an analog-to-digital converter using a series sampling capacitor.

도 7은 ADC에서 출력된 디지털 신호등을 FFT(Fast-Fourier Transform)하여 도시한 것이다. FIG. 7 illustrates a FFT (Fast-Fourier Transform) of a digital signal lamp output from an ADC.

본 발명은 아날로그/디지털 컨버터에 관한 것으로, 특히 ADC의 샘플링 커패시터 구조 및 이를 이용한 아날로그/디지털 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to an analog / digital converter, and more particularly, to a sampling capacitor structure of an ADC and an analog / digital converter using the same.

아날로그/디지털 컨버터(Analog to Digital Converter: 이하 ADC)는 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 전달하는 회로로서 각종 데이터 통신(data communication)과 신호 처리(signal processing) 시스템에서 필수적이다. Analog-to-digital converters (ADCs) are circuits for converting and converting input analog signals into digital signals and are essential in various data communication and signal processing systems.

ADC에 요구되는 사양들은 응용되는 시스템에 따라 다양한데, 근래에 이동 통신(wireless communication)과 휴대 장비(portable equipment)들이 발달함에 따라 시스템의 신호 성능을 만족함과 더불어 소비 전력을 최소화하는 것이 무엇보다 중요한 핵심 사항이 되었다. The specifications required for the ADC vary depending on the system being applied. In recent years, as wireless communication and portable equipment are developed, satisfying the signal performance of the system and minimizing power consumption is of the utmost importance. It became matter.

일반적으로 ADC에서 소비 전력을 가장 많이 소모하는 부분은 각종 샘플링에 관련된 연산증폭기(op-amp)들로서, 예를 들어 높은 샘플링 비(high sampling rate)를 구현하기에 적절한 파이프라인(pipelined) 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 경우, MDAC(Multiplying Digital-to-Analog Converter)에 있는 연산증폭기(op-amp)들이 이에 해당된다. In general, the most power-consuming part of the ADC is op-amps related to various sampling, for example, pipelined analog-to-digital converters suitable for realizing high sampling rates. In the case of (ADC), op-amps in a multiplying digital-to-analog converter (MDAC) correspond to this.

MDAC과 같은 회로의 전력 소모를 줄이기 위해서 기존에 제안된 방법은 필요한 연산증폭기들을 클럭(clock)에 따라 공유하던지 필요한 단(stage)의 수와 각 단에 요구되는 분해능(resolution)을 최적화하는 등, 연산증폭기 자체의 전력을 줄이는 방식이 아니라 전체 ADC에서 필요한 연산증폭기의 수를 줄여 소비 전력을 감소시키고 있다. In order to reduce the power consumption of circuits such as MDAC, the proposed method has to share the required operational amplifiers according to the clock or optimize the number of stages required and the resolution required for each stage. Rather than reducing the power of the op amp itself, it reduces power consumption by reducing the number of op amps needed across the ADC.

각 연산증폭기(op-amp)의 소모 전력은 연산증폭기가 포함된 MDAC 등이 요구하는 성 능에 좌우되는데, 이 성능을 구현하는데 결정적인 요소들 중 하나가 바로 샘플링 커패시터(sampling capacitor)이다. The power consumption of each op-amp depends on the performance required by the MDAC with the op amp. One of the decisive factors for implementing this performance is the sampling capacitor.

ADC에서 샘플링 커패시터(sampling capacitor)의 값은 각 커패시터들 간의 불일치(mismatch), kT/C 잡음, 전하 유출(charge leakage) 그리고 선형성(linearity)등에 의해 좌우되는데, 이들 중 중요한 것은 불일치(mismatch)와 kT/C 잡음이다. In ADCs, the value of the sampling capacitor depends on the mismatch between each capacitor, kT / C noise, charge leakage, and linearity, the most important of which is mismatch and kT / C noise.

표준적인 디지털 CMOS공정에서 10비트(bits) 근처의 높은 분해능(resolution)을 요구하는 ADC를 구현할 경우, 불일치(mismatch)에 의한 성능 저하를 막기 위해서는 특정한 크기 이상의 커패시터를 구현해야 하며 이는 결국 연산증폭기(op-amp)의 전력 소모로 이어지게 된다. 특히 이 때 요구되는 커패시터 값은 kT/C 잡음을 만족시킬 커패시터의 크기보다 큰 값인 경우가 많다.When implementing an ADC that requires high resolution near 10 bits in a standard digital CMOS process, it is necessary to implement a capacitor of a certain size to prevent performance degradation due to mismatch. op-amp) power consumption. In particular, the required capacitor value is often larger than the size of the capacitor to satisfy the kT / C noise.

예를 들어 통상의 공정에서 커패시터 불일치(mismatch)는 면적의 함수로서

Figure 112005038071705-PAT00001
(W는 커패시터의 면적, a는 공정에 좌우되는 상수이다.)로 나타낼 수 있다.For example, in a typical process capacitor mismatch is a function of area
Figure 112005038071705-PAT00001
(W is the area of the capacitor, a is a constant depending on the process).

여기서, 각 단(stage)당 1.5bit으로 구성된 10bit 파이프라인(pipeline) ADC를 구현할 경우, 첫 번째 단에서 커패시터 불일치(mismatch)의 3σ는 2-10보다 낮아야 한다. Here, when implementing a 10-bit pipeline ADC consisting of 1.5 bits per stage, 3σ of the capacitor mismatch in the first stage should be less than 2-10.

이 경우

Figure 112005038071705-PAT00002
인 공정에서 커패시터의 크기는
Figure 112005038071705-PAT00003
이고, 커패시터 밀도(density)가
Figure 112005038071705-PAT00004
라면, 이는 3.6pF의 커패시턴스(capacitance)를 나타내게 되어, kT/C 잡음에 의해 요구되는 1pF의 커패시턴스(capacitance)보다 훨씬 큰 값을 가지게 된다.in this case
Figure 112005038071705-PAT00002
In the process, the size of the capacitor
Figure 112005038071705-PAT00003
Where the capacitor density is
Figure 112005038071705-PAT00004
In this case, it represents a capacitance of 3.6 pF, which is much larger than the capacitance of 1 pF required by kT / C noise.

따라서 연산증폭기(op-amp)의 전력 소모가 커패시턴스(capacitance) 값에 비례해 증가한다면, 커패시터 불일치(mismatch)에 의해 전력 소모는 70% 이상 증가하게 된다.Therefore, if the power consumption of the op-amp increases in proportion to the capacitance value, the power dissipation increases by more than 70% due to capacitor mismatch.

커패시터 불일치(mismatch)를 줄이기 위해 많이 이용하는 레이아웃(layout) 방법 중 하나는 커패시터들을 단위 커패시터들로 나누어 교차로 배치한 공통 중심(common centroid) 방식이다. One common layout method for reducing capacitor mismatch is a common centroid method in which capacitors are divided into unit capacitors and arranged in alternation.

도 1은 두 개의 커패시터들을 일반적인 공통 중심(common centroid)방식으로 구현한 것이다. 1 illustrates two capacitors in a common common centroid.

단위 커패시터 C1과 C4가 하나의 커패시터를 C2와 C3이 또 하나의 커패시터를 이루도록 구성해 1차의 공정 기울기(gradient)로부터 오는 두 커패시터들 간의 불일치(mismatch)를 최소화하였다. 이 경우 C1과 C4, C2와 C3은 병렬로 연결하는 것이 일반이다. Unit capacitors C1 and C4 configure one capacitor to form another capacitor, C2 and C3 to minimize mismatch between the two capacitors from the first process gradient. In this case, it is common to connect C1 and C4 and C2 and C3 in parallel.

도 2a는 단위 커패시터 C1~C4를 병렬로 연결한 경우를 도시한 것이고, 도 2b는 단위 커패시터 C1~C4를 직렬로 연결한 경우를 도시한 것이다.2A illustrates a case where unit capacitors C1 to C4 are connected in parallel, and FIG. 2B illustrates a case where unit capacitors C1 to C4 are connected in series.

도 2a와 도 2b를 비교해 보면, 동일한 단위 커패시터를 이용해 레이아웃(layout)을 함으로 불일치(mismatch)에 의한 영향은 동일한 반면, 직렬로 연결한 CsA와 CsB의 커패시턴스는 병렬로 연결한 CpA와 CpB의 커패시턴스의 1/4이 된다. Comparing FIG. 2A and FIG. 2B, the layout of the same unit capacitor is used to layout, while the effects of mismatch are the same, while the capacitance of CsA and CsB connected in series is the capacitance of CpA and CpB connected in parallel. 1/4 of.

이와 같은 결과는 동일한 단위 커패시터들을 직렬과 병렬 방식으로 연결한 것에서 오는 차이임으로 직관적으로 이해가 가능하다. 그러나 이는 다음과 같은 수학적 모델을 통해서도 확인할 수 있다. This result is intuitive because it is the difference between connecting the same unit capacitors in series and in parallel. However, this can also be confirmed by the following mathematical model.

각 단위 커패시터 C1~C4의 커패시턴스를

Figure 112005038071705-PAT00005
라고 표현할 수 있다. 이 때
Figure 112005038071705-PAT00006
는 랜덤 에러(random error)로서 0의 평균과
Figure 112005038071705-PAT00007
의 표준 변차(standard deviation)를 가지는 표준정규분포(standard normal distribution)를 따른다고 하자(
Figure 112005038071705-PAT00008
). 이 때 병렬 연결에 의한 커패시터 CpA와 CpB의 커패시턴스 불일치(mismatch)와 직렬 연결에 의한 커패시터 CsA와 CsB의 커패시턴스 불일치(mismatch)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.The capacitance of each capacitor C1 ~ C4
Figure 112005038071705-PAT00005
Can be expressed. At this time
Figure 112005038071705-PAT00006
Is a random error that is the average of zero
Figure 112005038071705-PAT00007
Suppose that the standard normal distribution has a standard deviation of
Figure 112005038071705-PAT00008
). At this time, the capacitance mismatch between the capacitors CpA and CpB due to the parallel connection and the capacitance mismatch between the capacitors CsA and CsB due to the series connection can be expressed as follows.

Figure 112005038071705-PAT00009
Figure 112005038071705-PAT00009

Figure 112005038071705-PAT00010
Figure 112005038071705-PAT00010

여기서

Figure 112005038071705-PAT00011
Figure 112005038071705-PAT00012
는 동일하게
Figure 112005038071705-PAT00013
분포를 따르므로 결국 두 커패시터들은 커패시턴스는 4배의 차이를 가지면서 동일한 정합(matching) 특성을 보임을 확인할 수 있다.here
Figure 112005038071705-PAT00011
Wow
Figure 112005038071705-PAT00012
Equally
Figure 112005038071705-PAT00013
As a result of the distribution, the two capacitors show four times the capacitance and the same matching characteristic.

이제 실제회로에서 위와 같이 2개의 단위 커패시터들을 직렬 연결하여 샘플링 커패시터를 구성할 경우와 하나의 커패시터를 이용한 경우와 어떤 차이가 있는지 살펴보자. Now, let's look at how the two capacitors are connected in series and the sampling capacitor is different from the case of using one capacitor.

도 3은 2V/V의 이득을 가지는 MDAC 회로에서 샘플링 커패시터를 단위 커패시터 2개를 직렬 연결하여 구성한 회로이다. 3 is a circuit in which two sampling capacitors are connected in series in an MDAC circuit having a gain of 2V / V.

앞서 언급한 방식으로 랜덤 에러가 있을 시 MDAC의 전압 전달 함수(Voltage transfer function)는 다음과 같이 구현될 수 있다.In the aforementioned manner, when there is a random error, the voltage transfer function of the MDAC may be implemented as follows.

Figure 112005038071705-PAT00014
Figure 112005038071705-PAT00014

한 개의 샘플링 커패시터를 가지는 MDAC회로와 위의 MDAC회로가 동일한 신호 특성을 가지기 위해서는 두 경우의 샘플링 커패시터의 값이 일치해야 하며, 이 경우 직렬 샘플링 커패시터에서 이용하는 단위 커패시터는 일반의 샘플링 커패시터에 비해 2배나 크게 된다

Figure 112005038071705-PAT00015
. In order for the MDAC circuit with one sampling capacitor and the above MDAC circuit to have the same signal characteristics, the values of the sampling capacitors of the two cases must be identical. Become large
Figure 112005038071705-PAT00015
.

따라서 직렬 샘플링 커패시터에서의 불일치(mismatch)는 통상의 경우에 비해

Figure 112005038071705-PAT00016
배 줄어들게 되며, 만일 n개의 단위 커패시터들을 직렬 연결하여 똑같은 샘플링 커패시터를 구성할 시에는
Figure 112005038071705-PAT00017
배 줄어들게 된다. 그리고 MDAC과 같은 회로에 직렬 샘플링 커패시터를 적절히 이용할 경우, 커패시터 불일치(mismatch)에 의해 요구되 는 커패시턴스 보다 매우 낮은 샘플링 커패시턴스를 구현할 수 있게 되어(kT/C 잡음이 요구하는 샘플링 커패시턴스보다도 낮게 구현이 가능하다) 저전력 ADC 설계를 용이하게 한다.Thus, mismatches in series sampling capacitors are
Figure 112005038071705-PAT00016
If you configure the same sampling capacitor by connecting n unit capacitors in series,
Figure 112005038071705-PAT00017
Will be reduced. In addition, the proper use of series sampling capacitors in circuits such as MDAC allows for a much lower sampling capacitance than the capacitance required by capacitor mismatch (lower than the sampling capacitance required by kT / C noise). Facilitates low-power ADC design

실제 회로에서 직렬 샘플링 커패시터를 구현하는 데에는 몇 가지 어려움이 있는데, 가장 중요한 것은 단위 커패시터들을 직렬로 연결할 경우 단위 커패시터끼리 연결된 중간 노드들이 높은 임피던스(high impedance)를 가진다는 점이다. 더욱이 실제 공정에서는 안테나 규칙(antenna rule)을 적용해 커패시터 양단에 역방향의 다이오드가 연결되어 있는 경우가 많다. 따라서 MDAC 동작 시 단위 커패시터의 중간 노드들은 높은 임피던스로 인해 전압이 부트스트랩(bootstrap)될 수 있으며, 이는 역방향 다이오드를 ON시키기도 하는 등 ADC를 오동작 시키게 된다.There are some difficulties in implementing a series sampling capacitor in an actual circuit, and most importantly, when unit capacitors are connected in series, intermediate nodes connected between unit capacitors have high impedance. Furthermore, in practice, antenna rules are often applied to reverse the diode across the capacitor. Therefore, during the MDAC operation, the intermediate nodes of the unit capacitors may bootstrap due to high impedance, which causes the ADC to malfunction by turning on the reverse diode.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 직렬로 연결된 커패시터의 임피던스를 낮추고 아날로그/디지털 컨버터의 오동작을 방지하기 위한 직렬 샘플링 커패시터 구조 및 이를 이용한 아날로그/디지털 컨버터를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a series sampling capacitor structure and an analog / digital converter using the same to reduce the impedance of a capacitor connected in series and to prevent malfunction of the analog / digital converter.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 직렬 샘플링 커패시터 구조는 아날로그 디지털 컨버터를 설계하기 위하여 사용되는 직렬 샘플링 커패시터 구조에 있어서, 두 개의 직렬 커패시터(C1,C2); 및 상기 두 개의 직렬 커패시터(C1, C2) 사이의 중간 노드(X)와 공통 모드 전압(common mode voltage) 사이에 위치하고 스위치 역할을 하는 트랜지스터(M1);를 포함하고, 상기 두 개의 직렬 커패시터(C1,C2)들이 샘플링 하기 직전에 리셋 클럭(reset clock)을 동작시켜 중간 노드(X)의 전압을 공통 모드 전압(common mode voltage)에 리셋(reset)하도록 하는 것을 특징으로 한다.The series sampling capacitor structure according to the present invention for solving the above technical problem is a series sampling capacitor structure used to design an analog-to-digital converter, two series capacitors (C1, C2); And a transistor M1 disposed between an intermediate node X between the two series capacitors C1 and C2 and a common mode voltage, and serving as a switch. The two series capacitors C1 are included. The C2) operates a reset clock just before sampling to reset the voltage of the intermediate node X to a common mode voltage.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 직렬 샘플링 커패시터를 이용한 아날로그/디지털 컨버터는 샘플 & 홀드 회로; 두 개의 직렬 커패시터(C1, C2) 사이의 중간 노드(X)와 공통 모드 전압(common mode voltage) 사이에 위치하고 스위치 역할을 하는 트랜지스터(M1)로 구성되고, 상기 두 개의 직렬 커패시터(C1,C2)들이 샘플링 하기 직전에 리셋 클럭(reset clock)을 동작시켜 중간 노드(X)의 전압을 공통 모드 전압(common mode voltage)에 리셋(reset)하는 기능을 갖는 직렬 샘플링 커패시터가 구비된 복수의 스테이지; 플래쉬 ADC; 및 상기 복수의 스테이지와 플래쉬 ADC의 에러를 보정하는 디지털 에러 보정회로;를 포함함을 특징으로 한다.An analog / digital converter using a series sampling capacitor according to the present invention for solving the technical problem is a sample & hold circuit; Comprising a transistor (M1) located between the intermediate node (X) between the two series capacitor (C1, C2) and the common mode voltage (common mode voltage) and acts as a switch, the two series capacitor (C1, C2) A plurality of stages provided with a series sampling capacitor having a function of operating a reset clock just before sampling to reset the voltage of the intermediate node X to a common mode voltage; Flash ADCs; And a digital error correction circuit for correcting errors of the plurality of stages and the flash ADC.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 의한 직렬 샘플링 커패시터의 구현 예를 도시한 것이다. Figure 4 shows an embodiment of a series sampling capacitor according to the present invention.

두 개의 직렬 커패시터(C1,C2)들의 중간 노드 X와 공통 모드 전압(common mode voltage) VCM 사이에 트랜지스터 M1을 이용한 스위치를 연결하였으며, 샘플링 커패시터들이 샘플링 하기 직전에 리셋 클럭(reset clock)을 동작시켜 중간 노드의 전압을 공통 모드 전압(common mode voltage)에 리셋(reset)하도록 하였다. A switch using transistor M1 was connected between the middle node X of the two series capacitors C1 and C2 and the common mode voltage V CM , and the reset clock was operated just before the sampling capacitors sampled. The voltage of the intermediate node is reset to the common mode voltage.

실제로 리셋 클럭은 도 4의 오른쪽에 도시하였듯이 샘플링 클럭과 약간 겹쳐지게 구성할 수도 있다. 그러나 샘플링 커패시터의 입력 전압의 고정시간(settling time)은 연산증폭기(op-amp)의 고정시간(settling time)에 좌우되기 때문에 이와 같은 클럭 구성이 ADC 전체 성능을 감쇠시키지는 않는다. In practice, the reset clock may be configured to slightly overlap with the sampling clock as shown on the right side of FIG. However, this clock configuration does not attenuate the ADC's overall performance because the settling time of the sampling capacitor's input voltage depends on the settling time of the op-amp.

도 5는 도 4와 같은 구성에서 중간 노드에서의 전압 변화를 시뮬레이션한 것이다.FIG. 5 simulates a voltage change at an intermediate node in the configuration as shown in FIG. 4.

도 5가 나타내듯 짧은 시간이 지나면 중간 노드 전압은 원하는 공통 모드 전압으로 도달하게 된다.As shown in FIG. 5, after a short time, the intermediate node voltage reaches the desired common mode voltage.

도 6은 직렬 샘플링 커패시터를 이용한 아날로그 디지털 컨버터의 일실시예를 도시한 것으로, 샘플 & 홀드 회로(610), 복수의 스테이지(620), 플래쉬 ADC(630) 및 디지털 에러 보정회로(640)로 이루어진다. FIG. 6 illustrates an embodiment of an analog-to-digital converter using a serial sampling capacitor, and includes a sample & hold circuit 610, a plurality of stages 620, a flash ADC 630, and a digital error correction circuit 640. .

0.18㎛ CMOS공정을 이용해 100MHz 10bit 파이프라인 ADC를 디자인 한 것으로, 7개의 1.5비트/스테이지(620) 와 3비트로 구성된 플래쉬 ADC(630)와 S/H(Sample & Hold:) 회로(610), 디지털 에러 보정(Digital Error Correction) 회로(640)로 구성된다.Designed 100MHz 10bit pipeline ADC using 0.18㎛ CMOS process, Flash ADC 630 consisting of 7 1.5bit / stage 620 and 3bit, Sample & Hold (S / H) circuit 610, Digital It consists of an error correction (Digital Error Correction) circuit 640.

샘플 & 홀드 회로(610)는 입력되는 아날로그 신호를 클럭(clock) 주파수에 따라 샘플링한 다음 클럭이 인가될 때까지 신호를 홀드(hold)해 준다.The sample & hold circuit 610 samples an input analog signal according to a clock frequency and then holds the signal until a clock is applied.

복수의 스테이지(620)는 파이프라인 ADC에서는 요구되는 사양에 따라 스테이지의 수와 각 스테이지가 처리해야 하는 비트(bit)수가 달라진다.The plurality of stages 620 may vary in the number of stages and the number of bits that each stage needs to process according to specifications required by the pipeline ADC.

상기 각 스테이지(620)들에는 파이프라인방식이라고 불리는 클럭 전송방식에 의해 동작되며, 직렬 셈플링 커패시터들로 구성된 MDAC가 포함되어 있다. Each of the stages 620 includes a MDAC, which is operated by a clock transmission method called a pipeline method and consists of series sampling capacitors.

플래쉬 ADC(630)는 빠른 속도로 적은 비트(bit)를 처리하기 적합한 ADC이다. 파이프라인 ADC의 경우 최종적으로 처리해야 할 몇 비트의 신호들을 처리한다.Flash ADC 630 is a suitable ADC to handle small bits at high speed. Pipeline ADCs process several bits of signals that need to be processed eventually.

디지털 에러 보정회로(640)는 상기 복수의 스테이지(620)와 플래쉬 ADC(630)를 통해 받은 각각의 디지털신호들을 합산하여 최종적으로 디지털 신호를 완성할 때 각 단에서 발생할 수 있는 오차를 보정한다. The digital error correction circuit 640 adds up the respective digital signals received through the plurality of stages 620 and the flash ADC 630 to correct errors that may occur at each stage when the digital signal is finally completed.

도 7은 ADC에서 출력된 디지털 신호등을 FFT(Fast-Fourier Transform)하여 도시한 것이다. FIG. 7 illustrates a FFT (Fast-Fourier Transform) of a digital signal lamp output from an ADC.

시뮬레이션 결과는 100MHz에서 9.5비트의 ENOB(Effective Number of Bits)을 가지면서 60dB의 SNDR(Signal to Noise and Distortion Ratio)과 67dB의 SFDR(Spurious Free Dynamic Range)라는 우수한 신호 특성을 보여주고 있다. 더불어 소비전력은 1.8V 전압에 26㎃만을 소모해 같은 사양을 가지는 다른 ADC들에 비해 낮은 전력을 소비함을 확인할 수 있다.Simulation results show excellent signal characteristics with 60 dB of Signal to Noise and Distortion Ratio (SNDR) and 67 dB of Spurious Free Dynamic Range (SFDR) with 9.5 bits of effective number of bits (ENOB) at 100 MHz. In addition, the power dissipation consumes only 26µs at 1.8V, consuming less power than other ADCs with the same specifications.

이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, which are merely exemplary, and it should be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명에 의하면, 직렬 샘플링 커패시터의 임피던스를 낮춤으로써 아날로그 디지털 컨버터의 오동작을 방지할 수 있다. According to the present invention, the malfunction of the analog-to-digital converter can be prevented by lowering the impedance of the series sampling capacitor.

Claims (3)

아날로그 디지털 컨버터를 설계하기 위하여 사용되는 직렬 샘플링 커패시터 구조에 있어서, In the series sampling capacitor structure used to design the analog to digital converter, 두 개의 직렬 커패시터(C1,C2); 및 Two series capacitors C1 and C2; And 상기 두 개의 직렬 커패시터(C1, C2) 사이의 중간 노드(X)와 공통 모드 전압(common mode voltage) 사이에 위치하고 스위치 역할을 하는 트랜지스터(M1);를 포함하고, And a transistor (M1) positioned between an intermediate node (X) between the two series capacitors (C1, C2) and a common mode voltage and serving as a switch. 상기 두 개의 직렬 커패시터(C1,C2)들이 샘플링 하기 직전에 리셋 클럭(reset clock)을 동작시켜 중간 노드(X)의 전압을 공통 모드 전압(common mode voltage)에 리셋(reset)하도록 하는 것을 특징으로 하는 직렬 샘플링 커패시터 구조. The two series capacitors C1 and C2 operate a reset clock just before sampling to reset the voltage of the intermediate node X to a common mode voltage. Series sampling capacitor structure. 제1항에 있어서, 상기 리셋 클럭은The method of claim 1, wherein the reset clock is 샘플링 클럭과 소정부분이 겹쳐지게 구성함을 특징으로 하는 직렬 샘플링 커패시터 구조. A series sampling capacitor structure characterized in that a predetermined portion overlaps a sampling clock. 아날로그 디지털 컨버터에 있어서,In the analog-to-digital converter, 입력되는 아날로그 신호를 클럭(clock) 주파수에 따라 샘플링한 다음 클럭이 인가될 때까지 신호를 홀드(hold)하는 샘플/홀드 회로;A sample / hold circuit for sampling the input analog signal according to a clock frequency and then holding the signal until a clock is applied; 두 개의 직렬 커패시터(C1, C2) 사이의 중간 노드(X)와 공통 모드 전압(common mode voltage) 사이에 위치하고 스위치 역할을 하는 트랜지스터(M1)로 구성되고, 상기 두 개의 직렬 커패시터(C1,C2)들이 샘플링 하기 직전에 리셋 클럭(reset clock)을 동작시켜 중간 노드(X)의 전압을 공통 모드 전압(common mode voltage)에 리셋(reset)하는 기능을 갖는 직렬 샘플링 커패시터 구조로 이루어진 복수의 스테이지;Comprising a transistor (M1) located between the intermediate node (X) between the two series capacitor (C1, C2) and the common mode voltage (common mode voltage) and acts as a switch, the two series capacitor (C1, C2) A plurality of stages having a series sampling capacitor structure having a function of operating a reset clock just before sampling to reset the voltage of the intermediate node X to a common mode voltage; 상기 복수의 스테이지의 마지막 스테이지와 연결되어 최종적으로 처리해야 할 몇 비트의 신호들을 처리하는 플래쉬 ADC; 및 A flash ADC connected to the last stage of the plurality of stages to process several bits of signals to be finally processed; And 상기 복수의 스테이지와 플래쉬 ADC의 에러를 보정하는 디지털 에러 보정회로;를 포함함을 특징으로 하는 직렬 샘플링 커패시터를 이용한 아날로그 디지털 컨버터.And a digital error correction circuit for correcting errors of the plurality of stages and the flash ADC.
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