KR20160080650A - Time interleaved pipeline SAR ADC for minimizing channel offset mismatch - Google Patents

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KR20160080650A KR1020140193279A KR20140193279A KR20160080650A KR 20160080650 A KR20160080650 A KR 20160080650A KR 1020140193279 A KR1020140193279 A KR 1020140193279A KR 20140193279 A KR20140193279 A KR 20140193279A KR 20160080650 A KR20160080650 A KR 20160080650A
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Abstract

The present invention relates to a time interleaved pipeline SAR ADC for reducing an inter-channel offset mismatch, comprising: a first stage which constitutes a plurality of channels by using a time interleaving SAR ADC according to the number of first bits; a second stage which constitutes a plurality of channels by using a time interleaving SAR ADC according to the number of second bits; and a residue voltage amplifier which receives a residue voltage per channel of the first stage which is shared between channels and outputs the residue voltage per channel to the second stage after amplification. The present invention is designed to solve the problem of the increase in an element area and power consumption.

Description

채널 간 오프셋 부정합을 최소화하는 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC{Time interleaved pipeline SAR ADC for minimizing channel offset mismatch}[0001] The present invention relates to a time interleaved pipeline SAR ADC for minimizing the channel mismatch between channels,

본 발명은 파이프라인 SAR ADC(Successive Approximation Register Analog to Digital Converter) 기술에 관한 것으로, 특히 채널 간 오프셋 부정합으로 인해 성능이 저하되는 문제가 지적되고 있는 시간 인터리빙(time-interleaved) 구조의 파이프라인 SAR ADC에 관한 것이다.The present invention relates to a pipelined SAR (Successive Approximation Register Analog to Digital Converter) technique, and more particularly to a time-interleaved pipelined SAR ADC with a problem of deteriorating performance due to mismatching between channels. .

고화질 영상시스템의 아날로그 프론트 엔드(analog front end, AFE)에는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter, ADC)가 필수적으로 요구된다. 특히 모바일용 고화질 디스플레이 시스템에는 10비트 이상의 해상도 및 80MS/s 이상의 동작속도를 갖는 ADC가 필요하며, 이러한 요구사양을 만족하기 위해 주로 파이프라인 구조의 ADC가 사용되어 왔다.An analog-to-digital converter (ADC) for converting an analog signal to a digital signal is indispensable to the analog front end (AFE) of a high-definition imaging system. In particular, a high-resolution display system for a mobile phone requires an ADC having a resolution of 10 bits or more and an operating speed of 80 ms / s or more. In order to satisfy such a requirement, a pipeline structure ADC has been mainly used.

한편, 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 시간 인터리빙(time-interleaved, T-I) 구조를 적용하여 고해상도 및 고속의 ADC를 구현할 수 있지만, 시간 인터리빙 구조를 적용함으로써 발생하는 채널 간의 오프셋 부정합, 이득 부정합 및 샘플링 타이밍 부정합에 의하여 전체 ADC의 성능이 저하되는 문제점들이 있다. 각종 채널 간 부정합 문제점들을 해결하기 위해 보정기법이 필수적이나 추가적인 타이밍 및 복잡한 회로가 요구되며 면적이 증가하는 단점이 있어 시스템에 즉각적인 집적이 불리한 측면이 있다. 이하에서 소개되는 선행기술문헌에는 이러한 자가 보정 기법이 적용되는 파이프라인 ADC가 소개되어 있다.On the other hand, research on SAR ADCs based on digital circuits has been actively pursued as the process technology has been developed, but the operation speed of the internal circuits increases as the resolution increases. To overcome these shortcomings, it is possible to implement a pipelined architecture and a time-interleaved (TI) structure that connects several identical ADCs in parallel to achieve high-resolution and high-speed ADCs. There is a problem that the performance of the entire ADC is deteriorated due to offset mismatch between channels, gain mismatch, and sampling timing mismatch. In order to solve the mismatch problems between various channels, a correction technique is necessary, but additional timing and complicated circuits are required, and there is a disadvantage that an area is increased. The following prior art documents introduce a pipelined ADC to which such a self correction technique is applied.

P. Bogner, F. Kuttner, C. Kropf, T. Hartig, M. Burian, and E. Hermann, "A 14b 100MS/s digitally self-calibrated pipelined ADC in 0.13um CMOS," in ISSCC Dig. Tech Papers, Feb. 2006, pp. 832-841.P. Bogner, F. Kuttner, C. Kropf, T. Hartig, M. Burian, and E. Hermann, "A 14b 100 MS / s digitally self-calibrated pipelined ADC in 0.13um CMOS," in ISSCC Dig. Tech Papers, Feb. 2006, pp. 832-841.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래의 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 비교기에 의한 채널 간 오프셋 부정합이 발생하며 전체 ADC의 선형성에 영향을 주어 성능이 저하되는 한계를 극복하고, 오프셋 보정을 위한 추가적인 보정 수단을 활용할 경우에 발생할 우려가 있는 추가적인 타이밍의 필요, 회로 복잡도의 증가, 소자 면적 및 전력소모의 증가 문제를 해소하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure that overcomes the limitations of performance degradation due to channel mismatch incompatibility caused by a comparator, The need for additional timing, increased circuit complexity, increased device area and power consumption, which may arise when utilizing additional correction means for the device.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 인터리빙(time-interleaved) 구조의 파이프라인 SAR ADC는, 제 1 비트(bit)수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 복수 개의 채널을 구성하는 제 1 단(stage); 제 2 비트수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 상기 복수 개의 채널을 구성하는 제 2 단; 및 채널 간에 공유되어, 상기 제 1 단의 채널별 잔류전압(residue voltage)을 입력받아 증폭한 후, 제 2 단에 채널별로 출력하는 잔류전압 증폭기(residue amplifier);를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a pipeline SAR ADC having a time-interleaved structure according to an embodiment of the present invention. The pipeline SAR ADC includes a plurality of channels A first stage which constitutes the first stage; A second stage for constructing the plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to a second number of bits; And a residue amplifier that is shared between the channels, receives and amplifies a residue voltage of each channel of the first stage, and outputs the amplified residue voltage to the second stage on a channel-by-channel basis.

일 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC는, 상기 제 1 단 및 상기 제 2 단의 SAR ADC는 채널의 SAR 동작에 필요한 비교 동작을 수행하는 비교기;를 각각 포함하며, 각각의 채널 간에 상기 비교기를 공유함으로써 채널 간 오프셋 부정합(offset mismatch)을 방지할 수 있다.The pipelined SAR ADC of the temporal interleaving structure according to an embodiment comprises a comparator each of which performs a comparison operation required for the SAR operation of a channel in the SAR ADC of the first stage and the second stage, The offset mismatch between the channels can be prevented by sharing the comparator.

일 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 각각의 채널에서 사용되는 샘플링 클록(sampling clock)을 하나의 기준 클록에 동기화시켜 생성함으로써, 채널 간 입력 샘플링 신호의 부정합을 방지할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to an embodiment, by generating a sampling clock used in each channel in synchronization with one reference clock, it is possible to prevent mismatching of input sampling signals between channels have.

일 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 1 단을 구성하는 비교기는, 상기 채널의 수만큼의 입력단 쌍(pair); 및 상기 입력단 쌍의 드레인 노드(drain node)에 배치되어 버퍼(buffer) 역할을 수행함으로써 킥-백(kick-back) 잡음을 감소시키는 풀-다운 스위치(pull-down switch);를 포함할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to an embodiment, the comparator constituting the first stage comprises: a number of input pairs as the number of the channels; And a pull-down switch disposed at a drain node of the input terminal pair to reduce a kick-back noise by performing a buffer function .

일 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 1 단을 구성하는 비교기는, 비교기의 동작 속도를 증가시키는 추가적인 래치(latch);를 더 포함할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to an embodiment, the comparator constituting the first stage may further include an additional latch that increases the operating speed of the comparator.

일 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 1 단을 구성하는 비교기는, 샘플링 동작시 상기 비교기의 입력단에 발생하는 메모리 효과(memory effect)를 자동으로 제거할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving scheme according to an embodiment, the comparator constituting the first stage may automatically remove a memory effect occurring at the input of the comparator during a sampling operation.

일 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 2 단을 구성하는 비교기는, 상기 복수 개의 채널이 스위치에 의해 교대로 연결되도록 구성된 하나의 입력단 쌍; 및 상기 입력단 쌍의 드레인 노드에 배치되어 버퍼 역할을 수행함으로써 킥-백 잡음을 감소시키는 풀-다운 스위치;를 포함할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to an embodiment, the comparator constituting the second stage comprises: one input pair configured such that the plurality of channels are alternately connected by a switch; And a pull-down switch disposed at a drain node of the input terminal pair to reduce a kick-back noise by performing a buffer function.

일 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 2 단을 구성하는 비교기는, 비교기의 동작 속도를 증가시키는 추가적인 래치;를 더 포함할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to an embodiment, the comparator constituting the second stage may further include an additional latch for increasing the operating speed of the comparator.

일 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 2 단을 구성하는 비교기는, 각 채널의 SAR 동작 후 입력단을 소정 주기마다 리셋(reset)시킴으로써 메모리 효과를 제거할 수 있다.In the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to the embodiment, the comparator constituting the second stage may remove the memory effect by resetting the input terminal after a SAR operation of each channel at predetermined intervals.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙(time-interleaved) 구조의 파이프라인 SAR ADC는, 제 1 비트(bit)수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 복수 개의 채널을 구성하는 제 1 단(stage); 제 2 비트수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 상기 복수 개의 채널을 구성하는 제 2 단; 및 채널 간에 공유되어, 상기 제 1 단의 채널별 잔류전압(residue voltage)을 입력받아 증폭한 후, 제 2 단에 채널별로 출력하는 잔류전압 증폭기(residue amplifier);를 포함하되, 상기 잔류 전압 증폭기는, 상기 제 1 단으로 입력되는 입력신호범위의 절반만을 상기 제 2 단으로 출력하는 레인지-스케일링(range-scaling) 방식으로 동작함으로써 증폭기에 의한 전력 소모를 감소시킨다.According to another aspect of the present invention, there is provided a pipelined SAR ADC having a time-interleaved structure according to another embodiment of the present invention. The pipelined SAR ADC has a time interleaving SAR ADC according to a first number of bits, A first stage which constitutes the first stage; A second stage for constructing the plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to a second number of bits; And a residue voltage amplifier that is shared between the first and second stages and receives and amplifies a residue voltage of each channel of the first stage and outputs the amplified residue voltage to the second stage for each channel, Scaling method in which only half of the input signal range input to the first stage is output to the second stage, thereby reducing power consumption by the amplifier.

다른 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 잔류 전압 증폭기는, 채널별로 분리된 입력단 쌍;을 포함하되, 동작하지 않는 채널의 리셋시간을 확보하여 메모리 효과를 제거할 수 있다.In the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to another embodiment, the residual voltage amplifier includes a pair of input stages separated by a channel, but can secure a reset time of a non-operating channel, thereby eliminating the memory effect .

다른 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 잔류 전압 증폭기는, 전압 이득을 증가시키는 이득-부스팅(gain-boosting) 구조의 제 1 증폭기; 및 기준치 이상의 신호 스윙 범위를 갖는 공통-소스(common-source) 구조의 제 2 증폭기;를 포함할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to another embodiment, the residual voltage amplifier comprises: a first amplifier of a gain-boosting structure for increasing voltage gain; And a second amplifier of a common-source structure having a signal swing range above a reference value.

다른 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는, 상기 잔류 전압 증폭기를 통해 레인지-스케일링된 입력신호를 처리하기 위한 커패시터;를 더 포함할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to another embodiment, the SAR ADC constituting the second stage may further comprise a capacitor for processing the range-scaled input signal through the residual voltage amplifier have.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙(time-interleaved) 구조의 파이프라인 SAR ADC는, 제 1 비트(bit)수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 복수 개의 채널을 구성하는 제 1 단(stage); 제 2 비트수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 상기 복수 개의 채널을 구성하는 제 2 단; 및 채널 간에 공유되어, 상기 제 1 단의 채널별 잔류전압(residue voltage)을 입력받아 증폭한 후, 제 2 단에 채널별로 출력하는 잔류전압 증폭기(residue amplifier);를 포함하되, 상기 제 1 단 및 상기 제 2 단은, 각각의 비트수에 따라 동작 속도가 결정되며, 상기 제 1 단의 비트수는 상기 제 2 단의 비트수보다 작은 값을 갖는다.According to another aspect of the present invention, there is provided a pipelined SAR ADC having a time-interleaved structure according to another embodiment of the present invention. The pipelined SAR ADC has a time interleaving SAR ADC according to a first number of bits, A first stage configuring the channel; A second stage for constructing the plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to a second number of bits; And a residue voltage amplifier that is shared between the first and second stages and receives and amplifies a residue voltage of each channel of the first stage and outputs the amplified residue voltage to the second stage for each channel, And the second stage are determined in accordance with the number of bits, and the number of bits of the first stage is smaller than the number of bits of the second stage.

또 다른 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는, 샘플링된 신호를 공통 모드 전압(common mode voltage)과 직접 비교함으로써 최상위 비트를 결정할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to yet another embodiment, the SAR ADC constituting the second stage can determine the most significant bit by directly comparing the sampled signal with a common mode voltage .

또 다른 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는, 저항 열을 이용하여 생성된 기준 전압을 DAC의 최하위 커패시터에 인가함으로써 소정 개수의 최하위 비트를 결정할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to another embodiment, the SAR ADC constituting the second stage applies a reference voltage generated by using a column of resistances to a least significant bit of the DAC to obtain a predetermined number of least significant bits Can be determined.

또 다른 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 1 단 및 상기 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는, TSPC(true-single-phase-clock) D 플립플롭 기반의 SAR 로직;을 포함할 수 있다.In a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to yet another embodiment, the SAR ADC constituting the first and second stages comprises a true-single-phase-clock (TSPC) D flip-flop based SAR logic ; ≪ / RTI >

또 다른 실시예에 따른 상기 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 1 단의 SAR 동작을 위한 기준 전압, 상기 제 2 단의 SAR 동작을 위한 기준 전압 및 상기 잔류 전압 증폭기의 증폭 동작시 사용되는 기준 전압의 구동 회로를 각각 분리하되, 기준 전압 발생기는 공유할 수 있다.In the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to another embodiment, the reference voltage for the SAR operation of the first stage, the reference voltage for the SAR operation of the second stage, and the reference voltage for the SAR operation of the residual voltage amplifier And the reference voltage generator can be shared.

본 발명의 실시예들은, 두 채널 간에 비교기를 공유하여 오프셋 보정기법을 사용하지 않고도 채널 간의 오프셋 부정합 문제를 해결하였고, 추가적으로 전력소모 및 면적을 줄일 수 있는 장점이 있다. 공유된 비교기에는 추가적인 타이밍이나 보정을 위한 회로가 필요하지 않으며 한 쌍의 입력 단을 두 채널이 교대로 사용함으로써 오프셋 부정합을 최소화하였고, 두 채널 간에 잔류전압 증폭기를 공유함으로써 증폭기에 의해 발생할 수 있는 오프셋, 이득 및 대역폭 부정합 문제를 해결하였으며, 증폭기의 요구사양을 낮추기 위한 레인지 스케일링 기법을 적용함으로써 전력소모를 최소화할 수 있다.Embodiments of the present invention solve the problem of offset mismatch between channels without using an offset correction technique by sharing a comparator between two channels, and further, there is an advantage that power consumption and area can be further reduced. Shared comparators do not require additional timing or correction circuitry, minimizing offset mismatch by alternately using a pair of input stages for both channels, and sharing the residual voltage amplifier between the two channels, , Gain and bandwidth mismatch problems are solved and power consumption can be minimized by applying the range scaling technique to lower the requirements of the amplifier.

도 1은 시간 인터리빙 구조의 SAR ADC 기술 분야에서 각 채널별 비교기에 의해 채널 간의 오프셋 부정합이 발생하는 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 시간 인터리빙 구조의 SAR ADC에서 비교기를 공유하는 아이디어를 소개하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 간 오프셋 부정합을 감소시키는 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC을 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC의 주요 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 제 1 단의 SAR ADC의 공유된 비교기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 제 2 단의 SAR ADC의 공유된 비교기를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 공유된 잔류 전압 증폭기를 예시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 제 2 단의 SAR ADC의 커패시터-저항(C-R) 하이브리드 DAC 구조를 예시한 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 TSPC D 플립플롭을 기반으로 하는 SAR 로직을 예시한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에 관한 범용 D 플립플롭과 TSPC D 플립플롭의 시뮬레이션 결과를 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 하나의 기준 전압을 공유하는 경우와 기준 전압 구동 회로를 분리한 경우를 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC의 프로토타입의 전형적인 FFT 스펙트럼을 측정한 결과를 예시한 도면이다.
FIG. 1 is a diagram for explaining a situation where offset mismatch between channels is caused by a comparator for each channel in the SAR ADC technology of a time interleaving structure.
2 is a diagram for explaining an idea of sharing a comparator in a SAR ADC of a time interleaving structure adopted by embodiments of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure that reduces interchannel offset mismatch according to an embodiment of the present invention.
4 is a timing diagram illustrating main operations of a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams illustrating a shared comparator of a first stage SAR ADC in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a shared comparator of a SAR ADC of a second stage in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to an embodiment of the present invention.
7 is a circuit diagram illustrating a shared residual voltage amplifier in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to another embodiment of the present invention.
8 is a circuit diagram illustrating a capacitor-resistor (CR) hybrid DAC structure of a SAR ADC of a second stage in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to another embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram illustrating SAR logic based on a TSPC D flip-flop in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for comparing simulation results of a general-purpose D flip-flop and a TSPC D flip-flop with respect to a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to another embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining a case where one reference voltage is shared by a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to yet another embodiment of the present invention and a case where a reference voltage driving circuit is separated.
12 is a diagram illustrating a result of measuring a typical FFT spectrum of a prototype of a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to embodiments of the present invention.

본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 시간 인터리빙 방식의 파이프라인 SAR ADC의 특징과 그 약점을 간략히 소개한 후, 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기술적 수단을 순차적으로 제시하도록 한다.Prior to describing embodiments of the present invention, after briefly introducing the characteristics and weak points of the pipelined SAR ADC of the time interleaving scheme, technical solutions employed by the embodiments of the present invention to solve such problems are sequentially Be presented.

앞서 소개한 바와 같이, 채널 간 오프셋 부정합(offset mismatch)으로 인한 성능저하 문제는 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 ADC의 경우 증폭기에 의한 채널 간 오프셋 부정합이 주요원인이 되는 반면, 시간 인터리빙 구조의 SAR ADC에서는 비교기에 의한 채널 간 오프셋 부정합이 주요원인이 된다.As described above, the performance degradation due to offset mismatch between channels is mainly caused by the channel-to-channel offset mismatch in the case of the pipelined ADC of the time interleaving structure, while the SAR ADC of the time interleaving structure The main cause of mismatch between channels is offset by a comparator.

도 1은 시간 인터리빙 구조의 SAR ADC 기술 분야에서 각 채널(110, 120)별 비교기(115, 125)에 의해 채널 간의 오프셋 부정합이 발생하는 상황을 설명하기 위한 도면이다. 단일 SAR ADC의 경우, 비교기의 오프셋은 전체 ADC의 특성곡선을 이동시키는 영향만 줄 뿐 전체 선형성에는 영향을 미치지 않지만, 시간 인터리빙 구조의 SAR ADC는 도 1에 도시된 바와 같이 비교기(115, 125)에 의한 채널 간 오프셋 부정합이 발생하며 전체 ADC의 선형성에 영향을 주어 성능을 저하시킨다.FIG. 1 is a view for explaining a situation in which offset mismatch between channels is caused by comparators 115 and 125 for respective channels 110 and 120 in the SAR ADC technology of a time interleaving structure. In the case of a single SAR ADC, the offset of the comparator only has the effect of shifting the characteristic curve of the entire ADC, but does not affect the overall linearity, but the SAR ADC of the time interleaving structure is comparator 115, 125, Channel offset mismatch occurs, which affects the linearity of the entire ADC and degrades the performance.

이를 해결하기 위해 크기 조절이 가능한 커패시터를 비교기 출력 단에 배치하여 오프셋을 보정하는 기법이 활용 가능하나, 오프셋 보정을 위한 추가적인 타이밍 및 디지털 회로가 필요한 단점이 있다. 또한, 디지털 기반의 오프셋 보정기법을 활용하고자 할 경우 규모가 크고 복잡한 보정회로를 칩 안에 집적해야 하므로 면적 및 전력소모가 증가하는 단점이 존재한다. 따라서, 오프셋 보정을 위한 추가적인 구조 없이도 오프셋 부정합을 해소할 수 있는 기술적 수단의 제안이 요구된다.To solve this problem, there is a disadvantage in that an additional timing and digital circuit for offset correction is required, although a technique of correcting the offset by arranging a scalable capacitor at the output terminal of the comparator is available. In addition, if a digital-based offset correction technique is utilized, there is a disadvantage that area and power consumption increase because a large-scale and complicated correction circuit must be integrated in a chip. Therefore, there is a need for a proposal of a technical means capable of eliminating offset mismatch without an additional structure for offset correction.

도 2는 본 발명의 실시예들이 공통적으로 채택하고 있는 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 비교기를 공유하는 아이디어를 소개하기 위한 도면으로서, 도시된 바와 같이 한 쌍의 입력 단으로 구성된 비교기(130)를 두 채널(110, 120)이 교대로 사용하여 채널 간에 오프셋 부정합이 발생하지 않도록 구현하였다. 따라서 두 채널(110, 120) 간에 공유된 비교기(130)는 추가적인 타이밍이나 오프셋 보정을 위한 회로가 필요하지 않으며, 두 채널(110, 120)이 하나의 비교기(130)만 사용하므로 전력소모 및 면적을 줄일 수 있는 장점이 있다.FIG. 2 is a diagram for explaining the idea of sharing a comparator in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure commonly adopted by embodiments of the present invention. As shown in FIG. 2, a comparator 130 composed of a pair of input stages, The two channels 110 and 120 are alternately used so that no offset mismatch occurs between the channels. Thus, the comparator 130 shared between the two channels 110 and 120 does not require additional timing or circuitry for offset correction and because the two channels 110 and 120 use only one comparator 130, Can be reduced.

한편, SAR ADC는 해상도가 높아질수록 DAC에 사용되는 단위 커패시터의 수가 지수적으로 증가하여 면적 및 전력소모가 커지는 단점이 있다. 작은 크기의 단위 커패시터를 사용하여 면적 및 전력소모를 줄일 수 있지만, 커패시터 부정합이 발생하여 비선형성에 의한 성능저하가 발생할 수 있다. 따라서 사용되는 단위 커패시터의 수를 효과적으로 줄이기 위한 다양한 기법들이 활용 가능하다. 예를 들어, 분리형 가중치 커패시터(CA)를 이용한 2단계 구조가 사용될 수 있으나, CA의 크기가 단위 커패시터의 정수배가 되지 못하여 상위 커패시터 열 및 하위 커패시터 열 간의 부정합이 발생하는 문제점이 존재한다.On the other hand, the higher the resolution of the SAR ADC, the larger the area and the power consumption are, because the number of unit capacitors used in the DAC increases exponentially. Although small size unit capacitors can be used to reduce area and power consumption, capacitor mismatch can occur and performance degradation due to nonlinearity can occur. Thus, various techniques are available to effectively reduce the number of unit capacitors used. For example, although a two-stage structure using a separate weight capacitor C A can be used, there is a problem that mismatching occurs between the upper capacitor row and the lower capacitor row because the size of C A does not become an integral multiple of the unit capacitor.

따라서, 본 발명의 일 실시예가 제안하는 ADC는, 예를 들어 4비트-7비트 기반의 2단 파이프라인 SAR 구조 및 2채널 시간 인터리빙 구조를 동시에 적용하여 전력소모를 최소화하면서 빠른 변환속도를 구현하였으며, 특별한 보정기법 없이 채널 간 오프셋 부정합을 최소화하는 채널 간 비교기 공유기법을 사용하였다. 채널 간 오프셋 부정합 외에도 이득 부정합 및 샘플링 타이밍 부정합 등 각종 채널 간 부정합을 최소화하는 다양한 회로 설계기법을 적용하였다. 또한, 두 번째 단의 7비트 SAR ADC에는 작은 크기의 단위 커패시터를 사용하는 방법이나 CA를 이용한 2단계 구조 대신 VCM 기반의 스위칭기법 및 최하위 2비트 결정을 위한 6개의 기준전압을 생성해 주는 간단한 저항 열을 사용하는 기법을 적용하여 사용되는 단위 커패시터의 수를 1/8 수준으로 줄여 면적 및 전력소모를 최소화하였으며, 커패시터 부정합에 의한 성능저하가 발생하지 않도록 하였다.Accordingly, the ADC proposed by an embodiment of the present invention simultaneously implements a 2-stage pipelined SAR structure and a 2-channel time interleaving structure based on, for example, 4-bit to 7-bit, thereby realizing a fast conversion speed while minimizing power consumption , We use a channel-to-channel comparator sharing scheme that minimizes offset mismatch between channels without special correction techniques. In addition to offset mismatch between channels, various circuit design techniques are applied to minimize mismatch between channels, such as gain mismatch and sampling timing mismatch. The second stage 7-bit SAR ADC uses a small-sized unit capacitor, or a V CM- based switching technique instead of a two-stage structure using C A , and generates six reference voltages for the lowest 2-bit decision Applying a technique using simple resistance heat, the number of unit capacitors used is reduced to 1/8 level, minimizing area and power consumption, and preventing degradation in performance due to capacitor mismatch.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 이하에서 제시되는 실시예들은 2단 파이프라인 SAR 구조를 구현함에 있어서, 각 단(stage)을 예를 들어 4비트-7비트 기반으로 설계한 구조를 예시하고 있으나, 이러한 각 단의 비트수는 각 단에서 요구되는 동작 속도에 적합하도록 설정된 것으로서 예시된 설정값에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description and the accompanying drawings, detailed description of well-known functions or constructions that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. It should be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals as possible throughout the drawings. The following embodiments illustrate a structure in which each stage is designed based on, for example, 4-bit to 7-bit in the implementation of a two-stage pipelined SAR structure. However, The present invention is not limited to the set values exemplified as being set to be suitable for the operation speed required in the terminal.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 간 오프셋 부정합을 감소시키는 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC을 도시한 블럭도이다. 3 is a block diagram illustrating a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure that reduces interchannel offset mismatch according to an embodiment of the present invention.

제 1 단(stage)(10)은, 제 1 비트(bit)수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 복수 개의 채널을 구성하며, 앞서 도 2를 통해 설명한 바와 같이 제 1 단의 SAR ADC는 채널의 SAR 동작에 필요한 비교 동작을 수행하는 비교기를 포함하며, 각각의 채널 간에 상기 비교기를 공유함으로써 채널 간 오프셋 부정합(offset mismatch)을 방지한다.The first stage (stage) 10 constructs a plurality of channels using a time interleaved SAR ADC according to a first number of bits, and as described above with reference to FIG. 2, And performs a comparison operation required for the SAR operation of the comparator, and prevents offset mismatch between channels by sharing the comparator between respective channels.

제 2 단(20)은, 제 2 비트수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 상기 복수 개의 채널을 구성하며, 앞서 도 2를 통해 설명한 바와 같이 제 2 단의 SAR ADC는 채널의 SAR 동작에 필요한 비교 동작을 수행하는 비교기를 포함하며, 각각의 채널 간에 상기 비교기를 공유함으로써 채널 간 오프셋 부정합을 방지한다.The second stage 20 constructs the plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to the second number of bits, and as described above with reference to FIG. 2, the SAR ADC of the second stage is required to perform the SAR operation of the channel And a comparator that performs a comparison operation, and prevents the interchannel offset mismatch by sharing the comparator between the respective channels.

잔류전압 증폭기(residue amplifier)(30)는, 상기 제 1 단(10)의 두 채널과 상기 제 2 단(20)이 두 채널 간에 공유하며, 상기 제 1 단(10)의 채널별 잔류전압(residue voltage)을 입력받아 증폭한 후, 제 2 단(20)에 채널별로 출력한다.The residual voltage amplifier 30 is configured such that the two channels of the first stage 10 and the second stage 20 are shared between the two channels and the residual voltage of the first stage 10 residue voltage, and outputs the amplified residue voltage to the second stage 20 on a channel-by-channel basis.

도 3의 개괄적인 회로 구성을 약술하면, 제안하는 ADC는 채널 간에 비교기(제 1 단 및 제 2 단에 각각 1개씩 도시되었다.) 및 잔류전압 증폭기(20)를 공유하여 채널 간 오프셋 부정합을 최소화하였으며, 각 채널에서 사용되는 샘플링 클록을 하나의 기준 클록에 동기화시켜 생성함으로써 채널 간 입력 샘플링 신호 부정합 문제를 해결하였다. 또한, 1.4Vpp의 입력신호를 받아 두 번째 단(20)부터는 0.7Vpp로 줄여 처리하는 레인지-스케일링(range-scaling) 기법을 적용하여 증폭기의 설계 요구사양을 낮춤으로써 증폭기에 의한 전력소모를 최소화하였다. 두 번째 단(20) 7비트 SAR ADC의 커패시터 열에는 VCM 기반의 스위칭기법 및 간단한 저항 열을 통해 생성된 6개의 기준전압을 인가해 최하위 2비트를 결정하는 기법을 적용하여 사용되는 커패시터의 개수를 1/8 수준으로 줄였으며, 고속 SAR 동작을 위해 4비트 및 7비트 SAR ADC의 SAR 로직에는 범용 D 플립플롭 대신 TSPC(true-single-phase-clock) D 플립플롭을 적용하여 동작속도를 향상시킴과 동시에 사용되는 트랜지스터의 수를 절반 수준으로 감소시켰다. 기준전류 및 전압발생기는 칩 내부에 집적하였으며, 잔류전압 증폭 및 SAR 동작 시 사용하는 기준전압 구동회로를 분리하여 서로 다른 스위칭 동작에 의한 기준전압 간섭 및 채널 간 이득 부정합 문제를 최소화하였다. 외부에서 듀티 사이클(duty cycle) 조절이 가능한 온-칩 클록 생성회로는 각각 4비트 및 7비트 SAR 동작에 필요한 960MHz 및 840MHz의 높은 주파수 클록을 칩 내부에서 자체적으로 생성하며, 클록 및 타이밍 회로에서는 120MHz의 외부 클록을 입력받아 각 블록에 필요한 120MHz 및 60MHz의 클록을 생성하여 공급한다. 이상의 세부 구성에 대해서는 이후 각각의 도면을 참조하여 보다 구체적으로 기술하도록 한다.3, the proposed ADC shares channel-to-channel comparators (one at each of the first and second stages respectively) and a residual voltage amplifier 20 to minimize channel-to-channel offset mismatch And the sampling clock used in each channel is synchronized with one reference clock, thereby solving the problem of input sampling signal mismatch between channels. In addition, by applying a range-scaling technique that reduces the input signal from 1.4Vpp to 0.7Vpp from the second stage (20), it reduces power consumption by the amplifier by reducing the design requirement of the amplifier . In the capacitor column of the second stage (20) 7-bit SAR ADC, the number of capacitors used by applying the V CM- based switching technique and the technique of determining the least significant 2 bits by applying 6 reference voltages generated by simple resistance arrays To 1/8 level, and true-single-phase-clock (TSPC) D flip-flop instead of general-purpose D flip-flop for SAR logic of 4-bit and 7-bit SAR ADC for high-speed SAR operation. And reduces the number of transistors used at the same time by half. The reference current and voltage generators are integrated in the chip. By separating the reference voltage driving circuit used for residual voltage amplification and SAR operation, the problem of reference voltage interference and channel-to-channel gain misalignment due to different switching operations is minimized. On-chip clock generation circuitry, which can be externally duty cycle controlled, generates its own high frequency clocks, 960MHz and 840MHz, required for 4-bit and 7-bit SAR operation, respectively, and 120MHz And generates and supplies 120 MHz and 60 MHz clocks required for each block. The detailed configuration described above will be described later in detail with reference to the respective drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC의 주요 동작을 설명하기 위한 타이밍도로서, 2채널 시간 인터리빙 구조 기반의 10비트 120MS/s 파이프라인 SAR ADC의 주요동작인 SAR 동작 및 잔류전압 증폭 타이밍을 예시하였다.4 is a timing diagram for explaining the main operation of a pipelined SAR ADC of the time interleaving structure of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a timing diagram of a 10-bit 120 MS / s pipelined SAR ADC based on a 2-channel time- The main operation, SAR operation and residual voltage amplification timing, are illustrated.

첫 번째 단의 4비트 SAR ADC는 2채널로 구성되어 120MHz 클록의 반주기 동안 입력신호를 샘플링하며 다음 반주기 동안 960MHz의 고속 SAR 동작을 통해 상위 4비트의 디지털 코드로 변환한다. 그 후, 입력신호와 상위 4비트 코드에 의해 결정된 기준전압의 차이인 잔류전압은 60MHz 클록의 반주기 동안 레인지-스케일링 기법이 적용된 잔류전압 증폭기에 의해 4배 증폭되며 두 번째 단의 7비트 SAR ADC에서 샘플링 된다. 나머지 60MHz의 반주기 동안 7비트 SAR ADC는 840MHz의 SAR 동작을 통해 하위 7비트의 디지털 코드를 출력하여 아날로그 입력신호에 대한 10비트 디지털 코드가 최종적으로 120MS/s의 속도로 출력된다.The first stage 4-bit SAR ADC consists of two channels, sampling the input signal for half a period of 120 MHz clock, and converting it to a high-order 4-bit digital code with high-speed SAR operation at 960 MHz for the next half-period. Then, the residual voltage, which is the difference between the input signal and the reference voltage determined by the upper 4-bit code, is amplified four times by the residual-voltage amplifier with the range-scaling technique for half a period of 60 MHz clock, Is sampled. During the remaining 60MHz half-period, the 7-bit SAR ADC outputs the lower 7-bit digital code through the SAR operation at 840MHz, resulting in a 10-bit digital code for the analog input signal finally output at a rate of 120MS / s.

한편, 도 4과 같이 첫 번째 단의 SAR 동작, 잔류전압 증폭 및 두 번째 단의 SAR 동작이 동일한 타이밍에 진행되어 기준전압 간섭문제가 발생할 수 있지만, 본 발명의 실시예들이 제안하는 ADC는 기준전압 구동회로를 3가지로 분리하여 기준전압 간섭문제를 해결하였다. 이러한 구성에 대해서는 이후 도 11을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.4, the SAR operation of the first stage, the residual voltage amplification, and the SAR operation of the second stage proceed at the same timing to cause a reference voltage interference problem. However, the ADC proposed by the embodiments of the present invention, We solved the problem of reference voltage interference by separating the driving circuit into three types. This configuration will be described later in detail with reference to FIG.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 제 1 단의 SAR ADC의 공유된 비교기를 설명하기 위한 도면이다.5A and 5B are diagrams illustrating a shared comparator of a first stage SAR ADC in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to an embodiment of the present invention.

일반적인 시간 인터리빙 구조의 SAR ADC에서는 각 채널 간 비교기에 의한 오프셋 부정합이 발생하며, 전체 ADC 성능저하의 주요원인이 될 수 있음을 이미 설명한 바 있다. 또한, 이를 해결하기 위해 다양한 오프셋 보정기법이 제안되고 있지만 추가적인 타이밍 및 디지털 회로가 필요한 단점이 있음을 지적한 바 있다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서는 특별한 보정기법 없이 채널 간 오프셋 부정합을 해결하기 위한 채널 간 비교기 공유기법을 제안하며, 첫 번째 단 SAR ADC에 사용된 비교기의 구조를 도 5b에 예시하였다.It has already been described that a SAR ADC with a normal time interleaving structure causes offset mismatch by a comparator between each channel and may be a main cause of degradation of the overall ADC performance. In addition, various offset correction techniques have been proposed to solve this problem, but it has been pointed out that additional timing and digital circuits are necessary. Therefore, in the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to the embodiments of the present invention, an interchannel comparator sharing technique for resolving the interchannel offset mismatch without special correction technique is proposed, and the structure of the comparator used in the first stage SAR ADC Is illustrated in FIG. 5B.

앞서 도 3의 첫 번째 단(10)에 공유된 비교기는 도 5b와 같이 프리앰프 없이 래치(latch)로만 구성되어 있으며, 일반적인 래치와는 다르게 두 쌍의 입력 단 및 킥-백(kick-back) 잡음을 줄이기 위한 풀-다운 스위치(11), 속도향상을 위한 추가적인 래치(12)가 포함될 수 있다. 두 채널의 비교 동작을 번갈아가며 수행하기 위해 한 쌍의 입력 단을 사용하며 스위치를 통해 각 채널을 선택하도록 구성할 수도 있지만, 첫 번째 단(10)의 경우 SAR 동작 후 생성된 잔류전압을 증폭하는 과정에서 채널 선택을 위한 스위치가 꺼지면서 발생하는 전하유입에 의해 잔류전압이 왜곡될 수 있다. 따라서 채널 선택을 위한 스위치를 제거하고 두 쌍의 입력 단으로 구성하였으며, 비교기 입력 단에 발생하는 메모리 효과 역시 샘플링 동작 시 자동적으로 제거되도록 하였다.The comparator shared in the first stage 10 of FIG. 3 is configured as a latch without a preamplifier as shown in FIG. 5B. Unlike the conventional latch, the comparator includes two pairs of input stages and a kick- A pull-down switch 11 for reducing noise, and an additional latch 12 for speed up. In order to perform the comparison operation of the two channels alternately, a pair of input stages may be used and each channel may be selected through a switch. However, in the first stage (10), the residual voltage generated after the SAR operation is amplified The residual voltage may be distorted due to the charge input generated when the switch for channel selection is turned off. Therefore, the switch for channel selection is removed and two pairs of input stages are formed. Also, the memory effect generated at the input terminal of the comparator is automatically removed during the sampling operation.

도 5b를 통해 제안하는 파이프라인 SAR ADC의 첫 번째 단(10) 비교기의 오프셋 크기가 4비트의 1/2 LSB 이내일 경우 오프셋에 의한 코드 오차는 디지털 교정회로를 통해 보정이 가능하며, 보정 범위를 벗어날 경우 전체 ADC는 비선형성을 띄며 성능이 저하된다. 비교기의 입력 단 트랜지스터 사이즈를 증가시킴으로써 간단하게 오프셋의 크기를 줄일 수 있지만 킥-백 잡음이 증가하여 커패시터 열에 저장된 신호가 왜곡될 수 있으므로, 본 실시예를 통해 제안하는 비교기는 입력 단의 드레인 노드에 버퍼 역할을 하는 풀-다운 스위치(11)를 배치함으로써 킥-백 잡음을 줄였다. 도 5a의 그래프는 500개 샘플에 대한 비교기 오프셋의 몬테카를로 시뮬레이션 결과로써, 비교기 오프셋 크기의 표준편차는 6.79mV이며 전체 분포 또한 4비트의 1/2 LSB (43.75mV) 이내에 안정적으로 분포한다. 따라서 비교기 오프셋에 의한 코드 오차는 디지털 교정회로를 통해 보정이 가능하여 전체 ADC의 선형성에 영향을 주지 않는다. 또한, 추가적인 래치(12)를 통해 비교기의 동작속도를 향상시켜 960MHz의 고속 동작에도 안정적인 비교 동작을 수행할 수 있도록 하였다.5b, when the offset of the first stage (10) comparator of the proposed pipelined SAR ADC is within 1/2 LSB of 4 bits, the code error due to offset can be corrected through a digital calibration circuit, The overall ADC is nonlinear and performance degrades. Although the size of the offset can be easily reduced by increasing the input-stage transistor size of the comparator, since the kick-back noise increases and the signal stored in the capacitor string may be distorted, By arranging the pull-down switch 11 acting as a buffer, the kick-back noise is reduced. The graph of Figure 5a is a Monte Carlo simulation result of comparator offsets for 500 samples, with a standard deviation of 6.79mV for the comparator offset size and a stable distribution within the half-LSB (43.75mV) of the 4 bits. Therefore, the code error due to the offset of the comparator can be corrected by the digital calibration circuit, so that the linearity of the entire ADC is not affected. Further, the operation speed of the comparator is improved through the additional latch 12, so that a stable comparison operation can be performed even at a high speed operation of 960 MHz.

요약하건대, 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC의 제 1 단(10)을 구성하는 비교기는, 상기 채널의 수만큼의 입력단 쌍(pair) 및 상기 입력단 쌍의 드레인 노드(drain node)에 배치되어 버퍼(buffer) 역할을 수행함으로써 킥-백(kick-back) 잡음을 감소시키는 풀-다운 스위치(pull-down switch)(11)를 포함할 수 있으며, 비교기의 동작 속도를 증가시키는 추가적인 래치(latch)(12)를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 제 1 단(10)을 구성하는 비교기는, 샘플링 동작시 상기 비교기의 입력단에 발생하는 메모리 효과(memory effect)를 자동으로 제거할 수 있다는 특징을 갖는다.In summary, the comparator constituting the first stage 10 of the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to an embodiment of the present invention includes a number of input pairs corresponding to the number of channels and a drain node and a pull-down switch 11 disposed at a drain node of the comparator and serving as a buffer to reduce kick-back noise, (Not shown) to the latches 12 and the latches 12, as shown in FIG. Particularly, the comparator constituting the first stage 10 is characterized in that the memory effect generated at the input terminal of the comparator can be automatically removed during a sampling operation.

도 3의 첫 번째 단(10) SAR ADC의 비교기 오프셋은 디지털 교정회로를 통해 보정되는 반면, 도 3의 두 번째 단(20) SAR ADC의 비교기 오프셋은 보정되지 않으며 채널 간 오프셋 부정합이 발생할 경우 전체 ADC 성능저하의 요인이 된다. 전체 ADC의 입력 기준에서 본 두 번째 단(20) 비교기에 의한 채널 간 오프셋 부정합은 다음의 수학식 1과 같으며, 이로 인한 전체 ADC의 성능제약을 나타낸 SNDR은 수학식 2와 같다.The comparator offset of the first stage (10) SAR ADC of FIG. 3 is corrected through a digital calibration circuit while the comparator offset of the second stage (20) SAR ADC of FIG. 3 is not corrected, Which causes deterioration of ADC performance. The inter-channel offset mismatch by the second-stage (20) comparator seen from the input reference of the entire ADC is expressed by Equation (1), and the SNDR representing the performance limitation of the ADC due to the mismatch is expressed by Equation (2).

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

이상의 수학식에서 σos,mis_2nd 및 σos,mis는 각각 두 번째 단(20) 비교기에 의한 오프셋 부정합 및 전체 ADC의 입력 기준에서 본 오프셋 부정합의 표준편차이며, Ps, Pd 및 Ain은 각각 입력신호의 전력, 왜곡신호의 전력 및 입력신호의 진폭을 나타낸다. 수학식 2에 따라 62dB의 SNDR을 얻기 위해서는 σos,mis_2nd가 1.57mV 이하로 설계되어야 하지만, 보정기법을 적용하지 않으면서 1.57mV 이하의 오프셋을 갖는 비교기 설계에는 제약이 따른다. 따라서 두 번째 단(20)의 공유된 비교기는 도 3과 같이 한 쌍의 입력 단에 두 채널이 교대로 연결되도록 구성하여 비교기에 의한 채널 간 오프셋 부정합이 최소화되도록 구현하였다. 두 번째 단(20)의 공유된 비교기의 구조 및 타이밍 도는 도 6과 같다.In the above equations, σ os, mis_2nd and σ os, mis are the standard deviations of the offset mismatch by the second-stage (20) comparator and the offset mismatch from the input reference of all ADCs, and P s , P d and A in are The power of the input signal, the power of the distortion signal, and the amplitude of the input signal. In order to obtain SNDR of 62 dB according to Equation (2), σ os and mis_2nd should be designed to be 1.57 mV or less, but there is a limitation in designing a comparator having an offset of 1.57 mV or less without applying a correction technique. Therefore, the shared comparator of the second stage 20 is configured such that two channels are alternately connected to a pair of input stages as shown in FIG. 3, thereby minimizing the offset mismatch between channels by the comparator. The structure and timing diagram of the shared comparator of the second stage 20 are the same as in FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 제 2 단의 SAR ADC의 공유된 비교기를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram illustrating a shared comparator of a SAR ADC of a second stage in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to an embodiment of the present invention.

타이밍 도의 SAR2_CH1 및 SAR2_CH2 신호는 각 채널의 커패시터 열과 비교기의 입력 단을 연결하는 스위치를 제어하며, 비교기는 한 쌍의 입력 단을 통해서 각 채널의 SAR 동작에 필요한 비교 동작을 수행한다. 한편, 한 채널의 SAR 동작 후 비교기의 입력 단에 남아있는 전하에 의해 다른 채널의 SAR 동작 시 잘못된 비교 동작을 수행할 수 있으므로, 각 채널의 SAR 동작 후 입력 단을 주기적으로 리셋시킴으로써 메모리 효과를 제거하였다. 킥-백 잡음을 줄이기 위한 풀-다운 스위치(21) 및 속도향상을 위한 추가적인 래치(11)는 첫 번째 단의 비교기와 동일하게 적용하였다.The SAR2_CH1 and SAR2_CH2 signals of the timing diagram control a switch connecting the capacitor row of each channel and the input terminal of the comparator, and the comparator performs a comparison operation required for SAR operation of each channel through a pair of input terminals. On the other hand, after the SAR operation of one channel, it is possible to perform erroneous comparison operation in the SAR operation of the other channel due to the charge remaining at the input terminal of the comparator, so that the memory effect is eliminated by periodically resetting the input terminal after the SAR operation of each channel Respectively. The pull-down switch 21 for reducing the kick-back noise and the additional latch 11 for increasing the speed are applied in the same manner as the comparator of the first stage.

요약하건대, 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC의 제 2 단(20)을 구성하는 비교기는, 상기 복수 개의 채널이 교대로 연결되도록 구성된 하나의 입력단 쌍 및 상기 입력단 쌍의 드레인 노드에 배치되어 버퍼 역할을 수행함으로써 킥-백 잡음을 감소시키는 풀-다운 스위치(21)를 포함할 수 있으며, 제 2 단(20)을 구성하는 비교기는, 비교기의 동작 속도를 증가시키는 추가적인 래치(22)를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 특히, 제 2 단(20)을 구성하는 비교기는, 각 채널의 SAR 동작 후 입력단을 소정 주기마다 리셋(reset)시킴으로써 메모리 효과를 제거할 수 있다는 특징을 갖는다.In summary, a comparator that constitutes the second stage 20 of the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to an embodiment of the present invention comprises a pair of input stages in which the plurality of channels are configured to be alternately connected, Down switch 21 disposed at the drain node of the first stage 20 and serving as a buffer to reduce the kick-back noise, and the comparator constituting the second stage 20 may include a pull- And may further optionally include additional latches 22. Particularly, the comparator constituting the second stage 20 is characterized in that the memory effect can be eliminated by resetting the input terminal after every SAR operation of each channel at predetermined intervals.

이제, 이하에서는 채널 간 오프셋 및 이득 부정합 해결을 위한 잔류전압 증폭기 공유 기법(도 3의 부재번호 30에 대응한다.)에 대해 설명하도록 한다.Now, a description will now be given of a residual voltage amplifier sharing scheme (corresponding to No. 30 in FIG. 3) for interchannel offset and gain mismatch resolution.

일반적인 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 ADC의 경우, 각 채널의 입력 단 SHA와 첫 번째 단 MDAC 증폭기에 의한 오프셋 및 이득 부정합이 전체 ADC의 성능을 저하시키는 주요원인이 되며, 본 발명의 실시예들이 제안하는 ADC의 경우는 각 채널 간 증폭기 오프셋 및 이득 정합이 10비트 수준 이상으로 설계되어야 한다. 추가적인 보정회로 없이는 10비트 수준 이상의 정합을 얻기 힘들 뿐만 아니라, 채널별로 각각의 증폭기를 사용할 경우 전력소모 측면에서도 효율성이 떨어진다. 따라서 본 발명의 실시예들이 제안하는 ADC는 도 7과 같이 잔류전압 증폭기를 각 채널 간에 공유함으로써 오프셋 및 이득 부정합 문제를 해결함과 동시에 면적 및 전력소모를 최소화하였다.In the case of a pipelined ADC with a general time interleaving structure, offset and gain mismatch between the input stage SHA and the first stage MDAC amplifier of each channel is a main cause of deteriorating the performance of the entire ADC. For ADCs, amplifier offsets and gain matching between each channel must be designed to be at least 10 bit level. It is not only difficult to obtain a 10-bit level match or more without an additional correction circuit, but also efficiency in terms of power consumption when each amplifier is used for each channel. Therefore, the ADC proposed by the embodiments of the present invention solves the offset and gain mismatch problem by minimizing the area and power consumption by sharing the residual voltage amplifier between the channels as shown in FIG.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 공유된 잔류 전압 증폭기를 예시한 회로도로서, 하나의 증폭기만 사용하여 두 개의 증폭기를 사용할 경우에 비해 전력소모 및 면적을 50% 수준으로 줄였으며, 추가적으로 증폭기의 요구사양을 낮추기 위한 레인지 스케일링(range-scaling) 기법을 적용하여 전력소모를 최소화할 수 있었다.7 is a circuit diagram illustrating a residual voltage amplifier shared in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to another embodiment of the present invention, in which power consumption and area are reduced compared to the case of using two amplifiers using only one amplifier 50%, and the power consumption is minimized by applying a range-scaling technique to lower the requirements of the amplifier.

이를 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC는, 제 1 비트(bit)수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 복수 개의 채널을 구성하는 제 1 단(stage), 제 2 비트수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 상기 복수 개의 채널을 구성하는 제 2 단 및 상기 제 1 단의 채널별 잔류전압(residue voltage)을 입력받아 증폭한 후, 제 2 단에 채널별로 출력하는 하나의 공유된 잔류전압 증폭기(residue amplifier)(30)를 포함하되, 상기 잔류 전압 증폭기(30)는 상기 제 1 단으로 입력되는 입력신호범위의 절반만을 상기 제 2 단으로 출력하는 레인지-스케일링(range-scaling) 방식으로 동작함으로써 증폭기에 의한 전력 소모를 감소시킨다.To this end, the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to another embodiment of the present invention includes a first stage for constructing a plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to a first number of bits, A second stage constituting the plurality of channels and a residue voltage for each channel of the first stage are amplified and amplified using a time interleaving SAR ADC according to the number of 2 bits, Wherein the residual voltage amplifier (30) comprises a shared-residue voltage amplifier (30) for outputting only the half of the input signal range input to the first stage to the second stage, (range-scaling) scheme to reduce power consumption by the amplifier.

특히, 잔류 전압 증폭기(30)는, 채널별로 분리된 입력단 쌍을 포함하되, 동작하지 않는 채널의 리셋시간을 확보하여 메모리 효과를 제거하는 특징을 갖는다. 또한, 잔류 전압 증폭기(30)는, 전압 이득을 증가시키는 이득-부스팅(gain-boosting) 구조의 제 1 증폭기 및 넓은(예를 들어, 기준치 이상의 값이 될 수 있다.) 신호 스윙 범위를 갖는 공통-소스(common-source) 구조의 제 2 증폭기를 포함하도록 구현될 수 있다.In particular, the residual voltage amplifier 30 has a feature of eliminating the memory effect by ensuring a reset time of a non-operating channel including a pair of input terminals separated for each channel. The residual voltage amplifier 30 also includes a first amplifier having a gain-boosting structure for increasing the voltage gain and a common amplifier having a wide (e.g., greater than or equal to a reference value) signal swing range A second amplifier of a common-source structure.

보다 구체적으로, 공유된 잔류전압 증폭기는 도 7과 같이 분리된 두 쌍의 입력 단을 사용함으로써 사용하지 않는 채널의 리셋시간을 확보하여 기존의 증폭기 공유기법에서 발생하는 메모리 효과를 제거하였으며, 일부 구간에서 중첩된 클록 Q1MB 및 Q2MB를 사용하여 두 입력 트랜지스터가 전부 꺼졌다가 다시 켜질 때 발생할 수 있는 글리치 및 증폭된 신호의 정착시간 지연문제를 해결하였다. 또한, 미세 나노미터 공정에서 짧아진 채널 길이 및 낮아진 전원전압에 의해 높은 전압이득의 증폭기 구현 및 충분한 신호 스윙 범위 확보가 제한되지만, 10비트 이상의 해상도를 만족하는 높은 전압이득의 잔류전압 증폭기 구현을 위해 2단 증폭기의 첫 번째 증폭기에는 이득-부스팅 구조를 적용하였으며, 낮은 전원전압에서도 충분한 신호 스윙 범위를 확보하기 위해 두 번째 증폭기에는 공통-소스 구조를 적용하였다.More specifically, the shared residual voltage amplifier eliminates the memory effect generated in the conventional amplifier sharing technique by securing the reset time of the unused channel by using two separated pairs of input stages as shown in FIG. 7, Using the nested clocks Q1MB and Q2MB to solve the settling time delay problem of glitches and amplified signals that can occur when both input transistors are turned off and on again. In addition, in the nanometer process, short channel length and lower supply voltage limit the implementation of a high voltage gain amplifier and sufficient signal swing range. However, in order to realize a high voltage gain residual voltage amplifier satisfying a resolution of 10 bits or more A gain-boosting structure is applied to the first amplifier of the two-stage amplifier, and a common-source structure is applied to the second amplifier to ensure a sufficient signal swing range even at a low power supply voltage.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는, 상기 잔류 전압 증폭기(30)를 통해 추가적인 기준전압 발생기 없이 레인지-스케일링된 입력신호를 처리하기 위한 커패시터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 커패시터는 이후 도 8을 통해 설명하도록 한다.On the other hand, the SAR ADC constituting the second stage in the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to another embodiment of the present invention is capable of receiving the range-scaled input signal through the residual voltage amplifier 30 without an additional reference voltage generator And a capacitor (not shown) for processing. This additional capacitor will be described later with reference to FIG.

이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예들이 제안하는 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 제 2 단을 구성하는 SAR ADC의 다양한 설계 기법과 구현예를 소개하도록 한다.Various design techniques and implementation examples of the SAR ADC constituting the second stage in the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure proposed by still another embodiment of the present invention will be described below.

제안하는 ADC는 4비트-7비트의 파이프라인 구조를 적용하였으며, 두 번째 단의 7비트 SAR ADC의 경우 첫 번째 단의 4비트 SAR ADC에 비해 처리해야 하는 비트 수가 증가함에 따라 사용되는 커패시터의 수가 지수적으로 증가하여 면적 및 전력소모 측면에서 불리한 단점이 있다. 작은 크기의 단위 커패시터를 사용하여 면적 및 전력소모를 줄일 수 있지만, 커패시터 부정합에 의한 성능저하가 발생할 수 있다. 또한, 사용되는 커패시터의 수를 줄이기 위해 분리형 가중치 커패시터(CA)를 이용한 2단계 구조를 사용하는 경우, CA의 크기가 단위 커패시터의 정수배가 되지 못하여 상위 커패시터 열 및 하위 커패시터 열 간의 부정합이 발생하여 성능저하의 요인이 될 수 있음을 이미 지적한 바 있다.The proposed ADC adopts a 4-bit-7-bit pipeline structure. The 7-bit SAR ADC of the second stage has a larger number of capacitors to be used than the 4-bit SAR ADC of the first stage Which is disadvantageous in terms of area and power consumption. Smaller unit capacitors can be used to reduce area and power consumption, but performance degradation due to capacitor mismatch can occur. Also, when a two-stage structure using a separate weight capacitor (C A ) is used to reduce the number of capacitors used, the size of C A does not become an integral multiple of the unit capacitors, and mismatching occurs between the upper capacitor row and the lower capacitor row Which can be a cause of performance degradation.

따라서 제안하는 ADC는 CA를 이용한 2단계 구조를 적용하지 않고, 도 8과 같이 공통 모드 전압 VCM 기반의 스위칭기법 및 최하위 2비트 결정을 위한 6개의 기준전압을 생성해 주는 간단한 저항 열을 사용하는 기법만으로 사용되는 커패시터의 수를 파격적으로 줄임으로써 면적 및 전력소모를 최소화하였다.Therefore proposed ADC is using a simple resistive heat that generate six reference voltage for the common-mode voltage V CM-based switching technique, and the least significant two bits determined as without having to apply a two-stage structure using a C A, 8 to , The area and power consumption are minimized by dramatically reducing the number of capacitors used.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 제 2 단의 SAR ADC의 커패시터-저항(C-R) 하이브리드 DAC 구조를 예시한 회로도로서, 소자의 수와 면적 및 전력소모를 감소시키기 위한 다양한 구성을 포함한다.FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a capacitor-resistor (CR) hybrid DAC structure of a second stage SAR ADC in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to another embodiment of the present invention, And various configurations for reducing consumption.

도 8의 구성을 구현하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙(time-interleaved) 구조의 파이프라인 SAR ADC는, 제 1 비트(bit)수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 복수 개의 채널을 구성하는 제 1 단(stage), 제 2 비트수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 상기 복수 개의 채널을 구성하는 제 2 단 및 채널 간에 공유되어, 상기 제 1 단의 채널별 잔류전압(residue voltage)을 입력받아 증폭한 후, 제 2 단에 채널별로 출력하는 잔류전압 증폭기(residue amplifier)를 포함하되, 상기 제 1 단 및 상기 제 2 단은, 각각의 비트수에 따라 동작 속도가 결정되며, 상기 제 1 단의 비트수는 상기 제 2 단의 비트수보다 작은 값을 갖는다.8, a pipelined SAR ADC of a time-interleaved structure according to another embodiment of the present invention may be implemented using a time interleaving SAR ADC according to a first number of bits, A first stage constituting a plurality of channels and a second stage constituting the plurality of channels and a channel using a time interleaving SAR ADC according to a second number of bits, and a residue voltage amplifier for receiving and amplifying a residue voltage of the first stage and outputting the amplified residue voltage to the second stage for each channel, wherein the first stage and the second stage have operation speeds And the number of bits of the first stage has a value smaller than the number of bits of the second stage.

보다 구체적으로, 먼저 샘플링된 신호를 추가적인 스위칭 동작 없이 공통 모드 전압 VCM과 직접 비교하여 최상위 비트를 결정하는 공통 모드 전압 VCM 기반의 스위칭기법을 통해 DAC 내 가장 큰 면적을 차지하며 최상위 비트를 결정하는 커패시터(26CU)를 제거(27)할 수 있다. 커패시터 열은 공통 모드 전압 VCM을 기준으로 스위칭 동작을 하기 때문에 비교기의 입력 단 공통모드 전압 변화에 따른 성능저하가 발생하지 않으며, 커패시터 양단의 전압변화가 기존의 일반적인 스위칭기법 대비 절반으로 줄어들어 DAC에서 소모되는 전력은 기존 대비 약 90% 감소된다. 또한, 간단한 저항 열을 사용하여 생성한 6개의 기준전압을 DAC의 최하위 커패시터(CU)에 인가해 최하위 2비트를 결정함으로써 커패시터 열의 가장 큰 커패시터 두 개(25CU 및 24CU)를 추가적으로 제거(26)하여 면적 및 전력소모를 줄였다. 총 128개의 커패시터를 사용하는 일반적인 7비트 SAR ADC에 비해 두 기법을 적용한 두 번째 단의 7비트 SAR ADC는 16개의 커패시터만을 사용함으로써 면적 및 전력소모를 동시에 감소시켰다.More specifically, the sampled signal is directly compared with the common mode voltage V CM without additional switching operation to determine the most significant bit. The common mode voltage V CM- based switching technique occupies the largest area in the DAC and determines the most significant bit It is possible to remove (27) the capacitor ( 26 C U ). Since the capacitor row is switched based on the common mode voltage V CM , there is no performance degradation due to the input common mode voltage change of the comparator, and the voltage change across the capacitor is reduced to half compared with the conventional switching method, The power consumption is reduced by about 90% compared with the conventional one. The two largest capacitors (2 5 C U and 2 4 C U ) of the capacitor row are determined by applying the six reference voltages generated by using a simple resistor string to the lowest capacitor (C U ) of the DAC to determine the least significant two bits. (26) to reduce area and power consumption. Compared to a typical 7-bit SAR ADC with a total of 128 capacitors, the second-stage 7-bit SAR ADC uses both capacitors, reducing both area and power consumption simultaneously.

요약하건대, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서, 상기 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는, 샘플링된 신호를 공통 모드 전압(common mode voltage)과 직접 비교하고 상기 공통모드 전압을 기준으로 커패시터 열을 스위칭함으로써 최상위 비트를 결정할 수 있으며, 저항 열을 이용하여 생성된 기준 전압을 DAC의 최하위 커패시터에 인가함으로써 일정 개수의 최하위 비트를 결정할 수 있다.In summary, in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to another embodiment of the present invention, the SAR ADC constituting the second stage directly compares the sampled signal with a common mode voltage, The most significant bit can be determined by switching the capacitor row based on the common mode voltage and a certain number of least significant bits can be determined by applying the reference voltage generated using the column of resistance to the least significant capacitor of the DAC.

한편, 두 번째 단의 7비트 SAR ADC에서 레인지 스케일링된 입력신호를 처리하기 위해 기준전압 발생기를 추가할 경우 전력소모 및 면적이 급격히 증가한다. 따라서 두 번째 단 7비트 SAR ADC의 커패시터 열에 24CU 만을 추가(25)함으로써 추가적인 기준전압 없이 효율적으로 레인지 스케일링된 입력신호를 처리할 수 있도록 하였다.On the other hand, when the reference voltage generator is added to process the range-scaled input signal in the second-stage 7-bit SAR ADC, the power consumption and area increase sharply. Therefore, only 2 4 C U is added to the capacitor column of the second 7-bit SAR ADC (25), so that the range-scaled input signal can be efficiently processed without additional reference voltage.

이하에서는, SAR 동작의 속도향상을 위해 TSPC 기반의 D 플립플롭이 적용된 SAR 로직을 소개하도록 한다.In order to improve the speed of SAR operation, we introduce SAR logic with D flip-flop based on TSPC.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 TSPC D 플립플롭을 기반으로 하는 SAR 로직을 예시한 회로도이다.9 is a circuit diagram illustrating SAR logic based on a TSPC D flip-flop in a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to another embodiment of the present invention.

앞서 기술한 바와 같이 본 발명의 실시예들이 제안하는 ADC는 2채널 시간 인터리빙 구조 및 2단(예를 들어, 4비트-7비트가 될 수 있다.)의 파이프라인 구조를 채택하여 SAR ADC 및 잔류전압 증폭기의 동작속도를 완화시킬 수 있지만, 4비트 및 7비트 SAR ADC는 여전히 960MHz 및 840MHz의 고속 SAR 동작을 수행해야 하며 이를 구현하기 위해 SAR 로직에서의 지연시간을 최대한 줄여야 한다.As described above, the ADC proposed by the embodiments of the present invention adopts a two-channel time-interleaving structure and a pipeline structure of two stages (for example, 4 bits to 7 bits) Although the operation speed of voltage amplifiers can be mitigated, 4-bit and 7-bit SAR ADCs still have to perform high-speed SAR operation at 960MHz and 840MHz, and to achieve this, the delay in SAR logic must be reduced as much as possible.

따라서 D 플립플롭 기반의 SAR 로직에는 범용 D 플립플롭 대신 도 9와 같은 TSPC D 플립플롭을 적용하여 고속 SAR 동작이 가능하도록 하였다. 즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 제 1 단 및 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는, 셋(set, S)과 리셋(reset, R) 소자가 구비된 TSPC(true-single-phase-clock) D 플립플롭 기반의 SAR 로직을 포함하는 것이 바람직하다.Therefore, the SAR logic based on the D flip-flop can be applied to the high-speed SAR operation by applying the TSPC D flip-flop as shown in FIG. 9 instead of the general-purpose D flip-flop. That is, in the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to another embodiment of the present invention, the SAR ADC constituting the first stage and the second stage includes a set (S) and a reset (R) It is desirable to include a true-single-phase-clock (TSPC) D flip-flop based SAR logic.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에 관한 범용 D 플립플롭과 TSPC D 플립플롭의 시뮬레이션 결과를 비교하여 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10 is a diagram for comparing simulation results of a general-purpose D flip-flop and a TSPC D flip-flop with respect to a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to another embodiment of the present invention.

고속 SAR 동작을 위해 SAR 로직에 적용한 TSPC D 플립플롭의 회로 및 지연시간에 대한 시뮬레이션 결과는 도 10과 같다. 범용으로 쓰이는 스태틱 D 플립플롭 대신 TSPC D 플립플롭을 사용할 경우, 지연시간을 절반 수준인 약 83.2ps 만큼 감소시킬 수 있으며, 사용되는 트랜지스터의 수 또한 절반 수준으로 줄어들어 SAR ADC의 동작속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전력소모 및 면적을 최소화할 수 있는 장점이 있다.The simulation results for the circuit and the delay time of the TSPC D flip-flop applied to the SAR logic for high-speed SAR operation are shown in Fig. Using a TSPC D flip-flop instead of a general-purpose static D flip-flop can reduce the delay time by about 83.2 ps, and the number of transistors used can also be reduced to half, improving the SAR ADC operation speed. And power consumption and area can be minimized.

한편, 이하에서는 앞서 간략히 소개한 바 있는 기준 전압 간섭의 문제를 해결하기 위한 기술적 수단과 구현예를 기술하도록 한다.In the meantime, technical means and an implementation example for solving the problem of the reference voltage interference, which has been briefly introduced above, will be described below.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 하나의 기준 전압을 공유하는 경우와 기준 전압 구동 회로를 분리한 경우를 비교하여 설명하기 위한 도면이다.11 is a view for explaining a case where one reference voltage is shared by a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to yet another embodiment of the present invention and a case where a reference voltage driving circuit is separated.

일반적인 파이프라인 SAR ADC의 경우, 고속 동작을 하는 SAR ADC 및 높은 정확도가 요구되는 잔류전압 증폭기가 혼재되어 있으므로 서로 다른 동작 모드가 중첩되어 기준전압 정착이 불안정할 수 있다. 본 발명의 실시예들이 제안하는 ADC의 경우, 잔류전압 증폭 시 사용되는 기준전압은 10비트의 높은 정확도가 요구되지만, 도 11의 (a)와 같이 하나의 기준전압을 공유할 시 고속 SAR 동작에 의해 기준전압 간섭문제가 발생하여 10비트의 높은 정확도를 갖는 기준전압 생성에 제약이 있다. 반면, 도 11의 (b)와 같이 SAR 동작 및 잔류전압 증폭 시 사용되는 기준전압을 분리한 경우, SAR ADC의 고속 스위칭 동작에 의한 기준전압 간섭을 최소화하여 높은 정확도의 기준전압을 생성할 수 있다.In the case of a typical pipelined SAR ADC, the reference voltage settling may be unstable due to the overlapping of different modes of operation due to the mixed SAR ADC operating at high speed and the residual voltage amplifier requiring high accuracy. In the case of the ADC proposed by the embodiments of the present invention, the reference voltage used in the residual voltage amplification is required to have a high accuracy of 10 bits. However, when one reference voltage is shared as shown in FIG. 11A, A reference voltage interference problem occurs, and there is a restriction in generating a reference voltage having a high accuracy of 10 bits. On the other hand, when the SAR operation and the reference voltage used in the residual voltage amplification are separated as shown in FIG. 11 (b), the reference voltage interference due to the fast switching operation of the SAR ADC can be minimized, .

즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC에서 제 1 단의 SAR 동작을 위한 기준 전압, 제 2 단의 SAR 동작을 위한 기준 전압 및 잔류 전압 증폭기의 증폭 동작시 사용되는 기준 전압의 구동 회로를 각각 분리하되, 기준 전압 발생기는 공유하는 것이 바람직하다.That is, in the pipelined SAR ADC of the time interleaving structure according to another embodiment of the present invention, the reference voltage for the SAR operation of the first stage, the reference voltage for the SAR operation of the second stage, and the amplification operation of the residual voltage amplifier It is preferable that the reference voltage generator is shared.

보다 구체적으로, 본 실시예가 제안하는 ADC는 첫 번째 단의 4비트 SAR 동작, 잔류전압 증폭 및 두 번째 단의 7비트 SAR 동작을 위한 기준전압 구동회로를 각각 분리하였다. 즉, 잔류전압 증폭을 위한 10비트의 높은 해상도를 갖는 하나의 기준전압과 SAR 동작을 위한 4비트 및 7비트 해상도를 갖는 2개의 기준전압, 총 3개의 기준전압만을 사용하여 기준전압 간섭 및 채널 간 이득 부정합 문제를 최소화하였으며, 기준전압 발생기는 공유하되 기준전압 구동회로만을 분리함으로써 전력소모를 최적화할 수 있었다.More specifically, the ADC proposed in this embodiment separates the reference voltage driving circuit for the 4-bit SAR operation, the residual voltage amplification in the first stage, and the 7-bit SAR operation in the second stage, respectively. That is, by using only one reference voltage having 10 bits of high resolution for residual voltage amplification and two reference voltages having 4 bit and 7 bit resolution for SAR operation, The gain mismatch problem was minimized and the reference voltage generator was shared, but power dissipation could be optimized by separating only the reference voltage driving circuit.

이하에서는 본 발명의 실시예들을 이상에서 설명한 기술적 특징에 기반하여 제작된 프로토타입 ADC을 이용하여 실시한 성능 측정 결과를 약술하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the results of performance measurement using a prototype ADC manufactured based on the technical features described above.

본 발명의 실시예들이 제안하는 2채널 시간 인터리빙 구조 기반의 10비트 120MS/s 파이프라인 SAR ADC는 45nm CMOS 공정으로 제작되었으며, 시제품 ADC의 전체 면적은 0.38mm2이다. 전체 ADC를 구성하는 각 블록들을 제외한 유휴 공간에는 790pF 수준의 온-칩 MOS 커패시터를 집적하여 전원전압의 잡음, 고속 스위칭에 의한 기준전압의 잡음 및 각 블록 간의 간섭을 최소화하였다. 시제품 ADC는 1.1V 전원전압 및 120MS/s 동작속도에서 12.1mW의 전력을 소모하며, 내부 기준전압 발생기를 사용하지 않을 시 8.8mW를 소모한다.The 10-bit 120 MS / s pipelined SAR ADC based on the two-channel time interleaving structure proposed by embodiments of the present invention was fabricated by a 45 nm CMOS process, and the total area of the prototype ADC was 0.38 mm 2 . The 790pF on-chip MOS capacitors are integrated in the idle space excluding each block constituting the entire ADC, minimizing the noise of the supply voltage, the noise of the reference voltage due to the fast switching, and the interference between each block. The prototype ADC consumes 12.1mW at 1.1V supply voltage and 120MS / s operating speed, and consumes 8.8mW when not using the internal reference generator.

한편, 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 시간 인터리빙 구조의 파이프라인 SAR ADC의 프로토타입의 전형적인 FFT 스펙트럼을 측정한 결과를 예시한 도면으로서, 4MHz 입력 주파수, 20MS/s 및 120MS/s 동작속도에서 측정한 시제품 ADC의 전형적인 신호 스펙트럼을 나타내었다. 동작속도 20MS/s 및 120MS/s에서 모두 fs/2 지점에 톤이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있으며, 두 채널 간 비교기 공유기법을 통해 채널 간 오프셋 부정합 문제가 적절하게 해결되었음을 알 수 있다.12 is a diagram illustrating a result of measuring a typical FFT spectrum of a prototype of a pipelined SAR ADC of a time interleaving structure according to embodiments of the present invention, wherein a 4 MHz input frequency, 20 MS / s and 120 MS / s operation The typical signal spectrum of the prototype ADC measured at the speed is shown. It can be seen that no tone occurs at f s / 2 at both operating speeds of 20 MS / s and 120 MS / s. It can be seen that the offset mismatch problem between channels has been solved properly by the comparator sharing technique between two channels.

이상과 같이, 본 발명의 실시예들은 별도의 보정기법 없이 채널 간 오프셋 부정합 문제를 최소화하기 위해 비교기 및 증폭기의 동시 공유기법을 적용한 2채널 시간 인터리빙 구조 기반의 10비트 120MS/s 파이프라인 SAR ADC를 제안하였다.As described above, embodiments of the present invention provide a 10-bit 120 MS / s pipelined SAR ADC based on a 2-channel time-interleaving structure using a simultaneous sharing technique of a comparator and an amplifier to minimize the channel mismatch problem without any correction scheme The

상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 두 채널 간에 비교기를 공유하여 오프셋 보정기법을 사용하지 않고도 채널 간의 오프셋 부정합 문제를 해결할 수 있으며, 추가적으로 전력소모 및 면적을 줄일 수 있는 장점이 있다. 공유된 비교기에는 추가적인 타이밍이나 보정을 위한 회로가 필요하지 않으며 한 쌍의 입력 단을 두 채널이 교대로 사용함으로써 오프셋 부정합을 최소화하였다. 또한, 두 채널 간에 잔류전압 증폭기를 공유함으로써 증폭기에 의해 발생할 수 있는 오프셋, 이득 및 대역폭 부정합 문제를 해결하였으며, 증폭기의 요구사양을 낮추기 위한 레인지 스케일링 기법을 적용함으로써 전력소모를 최소화하였다.According to the embodiments of the present invention described above, the offset mismatch problem between channels can be solved without using offset correction techniques by sharing a comparator between the two channels, and power consumption and area can be further reduced. Shared comparators do not require additional timing or correction circuitry, and offset mismatch is minimized by alternately using a pair of input stages for the two channels. In addition, by sharing the residual voltage amplifier between two channels, the problem of offset, gain, and bandwidth mismatch caused by the amplifier is solved and power consumption is minimized by applying the range scaling technique to lower the requirement of the amplifier.

두 번째 단 7비트 SAR ADC에는 VCM 기반의 스위칭기법 및 최하위 2비트 결정을 위한 6개의 기준전압을 생성해 주는 간단한 저항 열을 사용하는 기법을 적용함으로써 사용되는 커패시터의 수를 1/8 수준으로 줄여 면적 및 DAC 내에서 소모되는 스위칭 전력을 최소화하였다. 또한, 고속의 4비트 및 7비트 SAR ADC를 구현하기 위해 각각의 SAR 로직에는 범용 D 플립플롭이 아닌 TSPC D 플립플롭을 적용하여 지연시간을 감소시킴과 동시에 추가적으로 사용되는 트랜지스터의 수를 절반 수준으로 줄여 면적 및 전력소모를 최소화하였다.The second-stage 7-bit SAR ADC employs a V CM- based switching scheme and a simple resistor-string technique that generates six reference voltages for the lowest 2-bit decisions, reducing the number of capacitors used to one- Reducing the area and switching power consumed within the DAC. In addition, to implement the high-speed 4-bit and 7-bit SAR ADC, TSPC D flip-flop is applied to each SAR logic rather than general D flip-flop to reduce the delay time, Thereby minimizing the area and power consumption.

한편, 하나의 기준전압만을 사용할 경우 발생하는 기준전압 간섭문제를 해결하기 위해 잔류전압 증폭 및 SAR 동작 시 사용하는 기준전압 구동회로를 분리하여 기준전압 간섭 및 채널 간 이득 부정합 문제를 최소화하였다. 고속 SAR 동작에 필요한 높은 주파수의 클록은 온-칩 클록 생성회로를 통해 칩 내부에서 생성하며, 필요시 외부에서 듀티 사이클(duty cycle)을 조절할 수 있도록 회로를 구현할 수 있었다.In order to solve the problem of reference voltage interference which occurs when only one reference voltage is used, the problem of reference voltage interference and channel-to-channel gain misalignment is minimized by separating the reference voltage driving circuit used in residual voltage amplification and SAR operation. The high frequency clock needed for high-speed SAR operation is generated inside the chip via an on-chip clock generation circuit, and a circuit can be implemented so that the duty cycle can be controlled externally if necessary.

이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to various embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

110, 120 : 채널별 SAR 회로
115, 125 : 채널별로 분리된 비교기
130 : 채널이 공유하는 비교기
10 : 제 1 단
20 : 제 2 단
30 : 잔류 전압 증폭기
11, 21 : 풀-다운 스위치
12, 22 : 추가 래치
110, 120: SAR circuit for each channel
115, 125: Comparator separated per channel
130: Channel-shared comparator
10: First stage
20: second stage
30: Residual voltage amplifier
11, 21: Full-down switch
12, 22: Additional latches

Claims (18)

시간 인터리빙(time-interleaved) 구조의 파이프라인 SAR ADC에 있어서,
제 1 비트(bit)수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 복수 개의 채널을 구성하는 제 1 단(stage);
제 2 비트수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 상기 복수 개의 채널을 구성하는 제 2 단; 및
채널 간에 공유되어, 상기 제 1 단의 채널별 잔류전압(residue voltage)을 입력받아 증폭한 후, 제 2 단에 채널별로 출력하는 잔류전압 증폭기(residue amplifier);를 포함하는 파이프라인 SAR ADC.
In a time-interleaved pipelined SAR ADC,
A first stage for constructing a plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to a first number of bits;
A second stage for constructing the plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to a second number of bits; And
And a residue voltage amplifier, which is shared between the channels, receives and amplifies the residue voltage of each channel of the first stage, and outputs the amplified residue voltage to the second stage for each channel.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단 및 상기 제 2 단의 SAR ADC는 채널의 SAR 동작에 필요한 비교 동작을 수행하는 비교기;를 각각 포함하며, 각각의 채널 간에 상기 비교기를 공유함으로써 채널 간 오프셋 부정합(offset mismatch)을 방지하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
The method according to claim 1,
The SAR ADCs of the first and second stages each include a comparator for performing a comparison operation required for the SAR operation of the channel and sharing the comparator between the respective channels to prevent offset mismatch between channels And a pipelined SAR ADC.
제 2 항에 있어서,
각각의 채널에서 사용되는 샘플링 클록(sampling clock)을 하나의 기준 클록에 동기화시켜 생성함으로써, 채널 간 입력 샘플링 신호의 부정합을 방지하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
3. The method of claim 2,
Wherein the sampling clocks used in each channel are synchronized to one reference clock to prevent mismatching of the interchannel input sampling signals.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 단을 구성하는 비교기는,
상기 채널의 수만큼의 입력단 쌍(pair); 및
상기 입력단 쌍의 드레인 노드(drain node)에 배치되어 버퍼(buffer) 역할을 수행함으로써 킥-백(kick-back) 잡음을 감소시키는 풀-다운 스위치(pull-down switch);를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
3. The method of claim 2,
Wherein the comparator constituting the first stage comprises:
A pair of input terminals corresponding to the number of the channels; And
And a pull-down switch disposed at a drain node of the input terminal pair to reduce a kick-back noise by performing a buffer function. Pipelined SAR ADCs.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 단을 구성하는 비교기는,
비교기의 동작 속도를 증가시키는 추가적인 래치(latch);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
3. The method of claim 2,
Wherein the comparator constituting the first stage comprises:
Further comprising: an additional latch that increases the operating speed of the comparator.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 단을 구성하는 비교기는,
샘플링 동작시 상기 비교기의 입력단에 발생하는 메모리 효과(memory effect)를 자동으로 제거하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
3. The method of claim 2,
Wherein the comparator constituting the first stage comprises:
And automatically removes a memory effect occurring at an input of the comparator during a sampling operation.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 단을 구성하는 비교기는,
상기 복수 개의 채널이 스위치에 의해 교대로 연결되도록 구성된 하나의 입력단 쌍; 및
상기 입력단 쌍의 드레인 노드에 배치되어 버퍼 역할을 수행함으로써 킥-백 잡음을 감소시키는 풀-다운 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
3. The method of claim 2,
Wherein the comparator constituting the second stage comprises:
One input pair configured such that the plurality of channels are alternately connected by a switch; And
And a pull-down switch disposed at a drain node of the input pair to reduce a kick-back noise by acting as a buffer.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 단을 구성하는 비교기는,
비교기의 동작 속도를 증가시키는 추가적인 래치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
3. The method of claim 2,
Wherein the comparator constituting the second stage comprises:
And an additional latch to increase the operating speed of the comparator.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 단을 구성하는 비교기는,
각 채널의 SAR 동작 후 입력단을 소정 주기마다 리셋(reset)시킴으로써 메모리 효과를 제거하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
3. The method of claim 2,
Wherein the comparator constituting the second stage comprises:
Wherein the memory effect is removed by resetting the input terminal after every SAR operation of each channel at predetermined intervals.
시간 인터리빙(time-interleaved) 구조의 파이프라인 SAR ADC에 있어서,
제 1 비트(bit)수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 복수 개의 채널을 구성하는 제 1 단(stage);
제 2 비트수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 상기 복수 개의 채널을 구성하는 제 2 단; 및
채널 간에 공유되어, 상기 제 1 단의 채널별 잔류전압(residue voltage)을 입력받아 증폭한 후, 제 2 단에 채널별로 출력하는 잔류전압 증폭기(residue amplifier);를 포함하되,
상기 잔류 전압 증폭기는,
상기 제 1 단으로 입력되는 입력신호범위의 절반을 상기 제 2 단으로 출력하는 레인지-스케일링(range-scaling) 방식으로 동작함으로써 증폭기에 의한 전력 소모를 감소시키는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
In a time-interleaved pipelined SAR ADC,
A first stage for constructing a plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to a first number of bits;
A second stage for constructing the plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to a second number of bits; And
And a residue voltage amplifier, which is shared between the channels, receives and amplifies a residue voltage of each channel of the first stage, and outputs the amplified residue voltage to the second stage for each channel,
Wherein the residual voltage amplifier comprises:
Scaled manner to output half of the input signal range input to the first stage to the second stage, thereby reducing power consumption by the amplifier.
제 10 항에 있어서,
상기 잔류 전압 증폭기는,
채널별로 분리된 입력단 쌍;을 포함하되,
동작하지 않는 채널의 리셋시간을 확보하여 메모리 효과를 제거하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
11. The method of claim 10,
Wherein the residual voltage amplifier comprises:
A pair of input terminals separated by a channel,
And a memory effect is removed by securing a reset time of the inoperative channel.
제 10 항에 있어서,
상기 잔류 전압 증폭기는,
전압 이득을 증가시키는 이득-부스팅(gain-boosting) 구조의 제 1 증폭기; 및
기준치 이상의 신호 스윙 범위를 갖는 공통-소스(common-source) 구조의 제 2 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
11. The method of claim 10,
Wherein the residual voltage amplifier comprises:
A first amplifier having a gain-boosting structure for increasing a voltage gain; And
And a second amplifier of a common-source structure having a signal swing range above a reference value.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는,
상기 잔류 전압 증폭기를 통해 레인지-스케일링된 입력신호를 처리하기 위한 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
11. The method of claim 10,
The SAR ADC, which constitutes the second stage,
And a capacitor for processing the range-scaled input signal through the residual voltage amplifier.
시간 인터리빙(time-interleaved) 구조의 파이프라인 SAR ADC에 있어서,
제 1 비트(bit)수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 복수 개의 채널을 구성하는 제 1 단(stage);
제 2 비트수에 따른 시간 인터리빙 SAR ADC를 이용하여 상기 복수 개의 채널을 구성하는 제 2 단; 및
채널 간에 공유되어, 상기 제 1 단의 채널별 잔류전압(residue voltage)을 입력받아 증폭한 후, 제 2 단에 채널별로 출력하는 잔류전압 증폭기(residue amplifier);를 포함하되,
상기 제 1 단 및 상기 제 2 단은, 각각의 비트수에 따라 동작 속도가 결정되며, 상기 제 1 단의 비트수는 상기 제 2 단의 비트수보다 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
In a time-interleaved pipelined SAR ADC,
A first stage for constructing a plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to a first number of bits;
A second stage for constructing the plurality of channels using a time interleaving SAR ADC according to a second number of bits; And
And a residue voltage amplifier, which is shared between the channels, receives and amplifies a residue voltage of each channel of the first stage, and outputs the amplified residue voltage to the second stage for each channel,
Characterized in that the operating speed is determined according to the number of bits of the first stage and the second stage, and the number of bits of the first stage has a value smaller than the number of bits of the second stage. ADC.
제 14 항에 있어서,
상기 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는,
샘플링된 신호를 공통 모드 전압(common mode voltage)과 직접 비교하고 상기 공통모드 전압을 기준으로 커패시터 열을 스위칭함으로써 최상위 비트를 결정하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
15. The method of claim 14,
The SAR ADC, which constitutes the second stage,
Wherein the most significant bit is determined by directly comparing the sampled signal with a common mode voltage and switching the capacitor string based on the common mode voltage.
제 14 항에 있어서,
상기 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는,
저항 열을 이용하여 생성된 기준 전압을 DAC의 최하위 커패시터에 인가함으로써 소정 개수의 최하위 비트를 결정하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
15. The method of claim 14,
The SAR ADC, which constitutes the second stage,
Wherein a predetermined number of least significant bits are determined by applying a reference voltage generated by using the column of resistances to a least significant capacitor of the DAC.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 단 및 상기 제 2 단을 구성하는 SAR ADC는,
TSPC(true-single-phase-clock) D 플립플롭 기반의 SAR 로직;을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
15. The method of claim 14,
The SAR ADC constituting the first stage and the second stage includes:
A true-single-phase-clock (TSPC) D flip-flop based SAR logic.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 단의 SAR 동작을 위한 기준 전압, 상기 제 2 단의 SAR 동작을 위한 기준 전압 및 상기 잔류 전압 증폭기의 증폭 동작시 사용되는 기준 전압의 구동 회로를 각각 분리하되, 기준 전압 발생기는 공유하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 SAR ADC.
15. The method of claim 14,
A reference voltage for SAR operation in the first stage, a reference voltage for SAR operation in the second stage, and a reference voltage used in an amplifying operation of the residual voltage amplifier are separated from each other, Wherein the ADC is a pipelined SAR ADC.
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