KR20220142686A - Time-interleaved SAR ADC with comparator offset-based timing-skew calibration and comparator offset-based timing skew correction method using the same - Google Patents
Time-interleaved SAR ADC with comparator offset-based timing-skew calibration and comparator offset-based timing skew correction method using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220142686A KR20220142686A KR1020210049028A KR20210049028A KR20220142686A KR 20220142686 A KR20220142686 A KR 20220142686A KR 1020210049028 A KR1020210049028 A KR 1020210049028A KR 20210049028 A KR20210049028 A KR 20210049028A KR 20220142686 A KR20220142686 A KR 20220142686A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sub
- comparator
- timing skew
- window
- analog
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
- H03M1/0617—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
- H03M1/0624—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by synchronisation
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
- H03M1/08—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of noise
- H03M1/0836—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of noise of phase error, e.g. jitter
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/1205—Multiplexed conversion systems
- H03M1/121—Interleaved, i.e. using multiple converters or converter parts for one channel
- H03M1/1215—Interleaved, i.e. using multiple converters or converter parts for one channel using time-division multiplexing
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/34—Analogue value compared with reference values
- H03M1/38—Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 비교기 오프셋 기반 타이밍 스큐 보정을 적용한 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기 및 이를 이용한 비교기 오프셋 기반 타이밍 스큐 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 타임인터리브드 SAR ADC 서브 채널간의 부정합에 의한 오류 보정을 위한 저전력, 저면적 보정 기법에 관한 것이다. The present invention relates to a time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter to which a comparator offset-based timing skew correction is applied, and a comparator offset-based timing skew correction method using the same. It relates to a low-power, low-area correction technique for error correction by
타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기(이하, '타임인터리브드 SAR(successive-approximation) ADC'라 함)는 SAR ADC의 저전력, 고효율 장점을 유지하며 SAR ADC의 단점인 느린 속도를 극복한 구조이다. Time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter (hereinafter referred to as 'time-interleaved successive-approximation (SAR) ADC') maintains the advantages of low power and high efficiency of SAR ADC and overcomes the slow speed, which is a disadvantage of SAR ADC. to be.
타임인터리브드 SAR ADC는 다수의 서브 채널 SAR ADC가 순차적으로 동작하며 마치 하나의 SAR ADC가 동작하는 것과 같은 효과로 속도를 증가시키는 구조로 각 서브 채널 SAR ADC간의 부정합이 ADC 성능에 매우 큰 영향을 미친다. Time-interleaved SAR ADC has a structure in which multiple sub-channel SAR ADCs operate sequentially and increases the speed with the same effect as one SAR ADC. crazy
여러 부정합 중 타이밍 스큐 부정합은 입력 주파수에 따라 오류의 크기와 위상이 바뀌며 입력-의존 오류를 야기한다. Among the many mismatches, the timing skew mismatch causes an input-dependent error with the magnitude and phase of the error changing with the input frequency.
이러한 타이밍 스큐 부정합을 해결하기 위해 다양한 보정 기법들이 제안되었지만, 부정합에 의한 오류를 감지하기 위해 디지털 출력의 분산을 계산하는 방식의 경우, 분산 계산을 위한 곱셈기 등의 매우 복잡한 디지털 로직이 필요하다. Various correction techniques have been proposed to solve the timing skew mismatch, but in the case of a method of calculating the variance of a digital output to detect an error caused by mismatch, very complex digital logic such as a multiplier for variance calculation is required.
이는 설계의 난이도를 증가시킬뿐만 아니라 SAR ADC의 저전력, 고효율 장점을 저해하는 문제점이 있다. This not only increases the difficulty of the design, but also has a problem of undermining the advantages of low power and high efficiency of the SAR ADC.
또한, 비교기의 속도를 이용하여 오류를 감지하는 경우, 비교기 속도가 프로세스, 전원 전압, 온도에 매우 민감하기 때문에 추가적인 보정 기법이 요구되며 이는 역시 SAR ADC의 저전력 고효율 장점을 저해하는 문제점이 있다. In addition, when an error is detected using the speed of the comparator, an additional correction technique is required because the speed of the comparator is very sensitive to the process, power supply voltage, and temperature, which also has a problem in hindering the low power and high efficiency of the SAR ADC.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 저전력 고효율로 부정합 오류를 감지할 수 있는 비교기 오프셋 기반 타이밍 스큐 보정을 적용한 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기 및 이를 이용한 비교기 오프셋 기반 타이밍 스큐 보정 방법을 제안하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art, the present invention provides a time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter to which a comparator offset-based timing skew correction that can detect mismatch errors with low power and high efficiency is applied, and a comparator offset-based timing skew using the same. We would like to suggest a correction method.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention,
비교기 오프셋 기반 타이밍 스큐 보정을 적용한 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기로서, 아날로그 입력 전압이 미리 설정된 윈도우 폭 내에 위치하는지 여부를 검출하는 윈도우 검출기; 상기 아날로그 입력 전압을 디지털 신호로 변환하는 복수의 서브 채널 SAR(successive-approximation) ADC; 외부 클록을 통해 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 상기 윈도우 검출기의 샘플링 클록 위상을 생성하는 위상 발생기; 상기 샘플링 클록 위상을 지연시켜 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 상기 윈도우 검출기에 대응되는 스위칭 소자를 제어하기 위한 샘플링 클록을 출력하는 VDL(Variable Delay Line); 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC이 출력하는 디지털 신호를 통해 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 상기 윈도우 검출기 내에 포함된 비교기의 오프셋을 보정하는 비교기 오프셋 보정부; 및 상기 아날로그 입력 전압이 상기 윈도우 폭 내에 위치하는 경우, 상기 비교기 오프셋 보정부에 의해 결정된 비교기 오프셋을 통해 타이밍 스큐 보정 코드를 생성하여 상기 VDL을 제어하는 타이밍 스큐 보정부를 포함하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기가 제공된다.A time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter to which a comparator offset-based timing skew correction is applied, comprising: a window detector for detecting whether an analog input voltage is located within a preset window width; a plurality of sub-channel successive-approximation (SAR) ADCs for converting the analog input voltage into a digital signal; a phase generator for generating sampling clock phases of the plurality of sub-channel SAR ADCs and the window detector through an external clock; a variable delay line (VDL) for delaying the sampling clock phase to output a sampling clock for controlling the switching elements corresponding to the plurality of sub-channel SAR ADCs and the window detector; a comparator offset correcting unit for correcting offsets of comparators included in the plurality of sub-channel SAR ADCs and the window detector through digital signals output from the plurality of sub-channel SAR ADCs; and a timing skew correction unit controlling the VDL by generating a timing skew correction code through the comparator offset determined by the comparator offset correction unit when the analog input voltage is located within the window width. An analog-to-digital converter is provided.
상기 타이밍 스큐 보정부는 상기 타이밍 스큐 보정 코드를 통해 상기 VDL을 제어하여 상기 윈도우 검출기에 대응되는 스위칭 소자를 제어하기 위한 샘플링 클록에 맞춰 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC에 대응되는 스위칭 소자의 샘플링 클록을 정렬함으로써 타이밍 스큐 부정합을 보정할 수 있다. The timing skew correction unit controls the VDL through the timing skew correction code to align sampling clocks of switching devices corresponding to the plurality of sub-channel SAR ADCs with a sampling clock for controlling a switching device corresponding to the window detector. By doing so, the timing skew mismatch can be corrected.
상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 각각은, 메인 CDAC(capacitive-digital-to-analog converter), 레퍼런스 CDAC 및 복수의 DDC(differential-difference comparator)를 포함하고, 상기 복수의 DDC는 샘플링된 입력 차동 전압(input differential voltage)을 상기 레퍼런스 CDAC에서 생성한 복수의 레퍼런스 전압과 비교하여 결정 주기(decision cycle)에서 2비트를 결정할 수 있다. Each of the plurality of sub-channel SAR ADCs includes a main capacitive-digital-to-analog converter (CDAC), a reference CDAC, and a plurality of differential-difference comparators (DDCs), wherein the plurality of DDCs include a sampled input differential voltage ( input differential voltage) may be compared with a plurality of reference voltages generated by the reference CDAC to determine 2 bits in a decision cycle.
상기 윈도우 검출기는, 메인 CDAC(capacitive-digital-to-analog converter), 레퍼런스 CDAC 및 복수의 차동 비교기를 포함할 수 있다. The window detector may include a main capacitive-digital-to-analog converter (CDAC), a reference CDAC, and a plurality of differential comparators.
상기 비교기 오프셋 보정부는, 상기 아날로그 입력 전압이 상기 윈도우 폭 내에 위치하는 경우, 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 각각에 포함된 상기 복수의 DDC 및 상기 윈도우 검출기에 포함된 차동 비교기의 오프셋을 순차적으로 보정할 수 있다. The comparator offset correcting unit may sequentially correct offsets of the plurality of DDCs included in each of the plurality of sub-channel SAR ADCs and the differential comparator included in the window detector when the analog input voltage is located within the window width. can
상기 비교기 오프셋 보정부는, 차동 입력 전압을 공통 모드 전압으로 단락시킨 후 입력되는 신호의 비교 결과를 출력하는 비교기; 상기 비교기의 출력을 입력으로 하여 특정 코드를 출력하는 업다운 카운터; 및 상기 특정 코드를 입력으로 하여 비교기 오프셋을 보정하는 오프셋 보정부를 포함할 수 있다. The comparator offset correcting unit may include: a comparator outputting a comparison result of input signals after shorting the differential input voltage to a common mode voltage; an up-down counter for outputting a specific code by inputting the output of the comparator; and an offset correcting unit for correcting a comparator offset by receiving the specific code as an input.
상기 차동 비교기는 복수의 프리-앰프, 복수의 래치, 복수의 리셋 스위치, 킥백 노이즈 저감을 위한 더미 입력 트랜지스터 및 복수의 오프셋 보정 트랜지스터를 포함하고, 오프셋이 존재하는 경우, 상기 복수의 오프셋 보정 트랜지스터를 턴온하여 보정 전류로 비교 오차를 보정할 수 있다. The differential comparator includes a plurality of pre-amplifiers, a plurality of latches, a plurality of reset switches, a dummy input transistor for reducing kickback noise, and a plurality of offset correction transistors. When turned on, the comparison error can be corrected with the correction current.
상기 윈도우 검출기의 상기 차동 비교기는 상기 메인 CDAC(capacitive-digital-to-analog converter) 및 레퍼런스 CDAC를 포함하는 차동 CDAC의 포지티브 입력 측의 스위치드 커패시터를 VDD에서 GND로 전환하여 샘플링된 입력 차이를 원하지 않는 윈도우 비교기 오프셋(-OS)과 원하는 윈도우 비교기 오프셋(-OSWD)의 합으로 전환하여 출력할 수 있다. The differential comparator of the window detector converts the switched capacitor on the positive input side of the differential CDAC including the main capacitive-digital-to-analog converter (CDAC) and the reference CDAC from VDD to GND so that the sampled input difference is not desired. It can be output by converting it to the sum of the window comparator offset (-OS) and the desired window comparator offset (-OS WD ).
상기 윈도우 검출기의 윈도우 폭은 상기 스위치드 커패시터의 비율에 의해 결정될 수 있다. A window width of the window detector may be determined by a ratio of the switched capacitor.
상기 타이밍 스큐 보정부는, 평균 절대 편차 기반으로 상기 타이밍 스큐를 보정할 수 있다. The timing skew correcting unit may correct the timing skew based on an average absolute deviation.
상기 타이밍 스큐 보정부는, 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC의 디지털 출력의 평균 절대값을 각 주기에 대해 적분하는 디지털 적분기; 및 상기 평균 절대값을 이전 주기와 비교하여 타이밍 스큐가 이전 주기에 비해 감소 또는 증가하는지 판단하여 상기 VDL의 조정 방향을 제어하는 상기 스큐 중재/보정부를 포함할 수 있다. The timing skew correcting unit may include: a digital integrator for integrating an average absolute value of the digital outputs of the plurality of sub-channel SAR ADCs for each period; and the skew arbitration/correction unit controlling the adjustment direction of the VDL by comparing the average absolute value with a previous period to determine whether the timing skew is decreased or increased compared to the previous period.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기의 비교기 오프셋 기반 타이밍 스큐 보정 방법으로서, 위상 발생기를 통해 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 윈도우 검출기의 샘플링 클록 위상을 생성하는 단계; VDL(Variable Delay Line)을 통해 상기 샘플링 클록 위상을 지연시켜 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 상기 윈도우 검출기에 대응되는 스위칭 소자를 제어하기 위한 샘플링 클록을 출력하는 단계; 상기 윈도우 검출기를 통해 아날로그 입력 전압이 미리 설정된 윈도우 폭 내에 위치하는지 여부를 검출하는 단계; 상기 복수의 서브 채널 SAR(successive-approximation) ADC를 통해 상기 아날로그 입력 전압을 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC이 출력하는 디지털 신호를 통해 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 상기 윈도우 검출기 내에 포함된 비교기의 오프셋을 보정하는 단계; 및 상기 아날로그 입력 전압이 상기 윈도우 폭 내에 위치하는 경우, 상기 보정된 비교기의 오프셋을 통해 타이밍 스큐 보정 코드를 생성하여 상기 VDL을 제어하는 단계를 포함하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기의 비교기 오프셋 기반 타이밍 스큐 보정 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for comparator offset-based timing skew correction of a time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter, the method comprising: generating sampling clock phases of a plurality of sub-channel SAR ADCs and a window detector through a phase generator; outputting a sampling clock for controlling a switching element corresponding to the plurality of sub-channel SAR ADCs and the window detector by delaying the sampling clock phase through a variable delay line (VDL); detecting whether an analog input voltage is located within a preset window width through the window detector; converting the analog input voltage into a digital signal through the plurality of sub-channel successive-approximation (SAR) ADCs; correcting offsets of the plurality of sub-channel SAR ADCs and comparators included in the window detector through digital signals output from the plurality of sub-channel SAR ADCs; and controlling the VDL by generating a timing skew correction code through the offset of the corrected comparator when the analog input voltage is located within the window width. An offset-based timing skew correction method is provided.
본 발명에 따르면, 평균 절대 편차 방식을 이용하기 때문에 복잡한 곱셈기가 사용되지 않고 덧셈기만으로 구현이 가능하여 저전력, 고효율 SAR ADC의 장점을 유지하는 장점이 있다. According to the present invention, since the mean absolute deviation method is used, a complex multiplier is not used and it can be implemented using only an adder, thereby maintaining the advantages of a low-power and high-efficiency SAR ADC.
또한, 본 발명에 따르면, 비교기 오프셋이 커패시터의 비율로 결정되어 프로세스, 전원 전압, 온도 변화에 둔감한 타이밍 스큐 부정합 보상이 가능한 장점이 있다. In addition, according to the present invention, since the comparator offset is determined by the ratio of the capacitor, it is possible to compensate for timing skew mismatch that is insensitive to changes in process, power supply voltage, and temperature.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 서브 채널 SAR ADC 및 윈도우 검출기의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 윈도우 검출기에 적용된 차동 비교기의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 비교기 오프셋 보정부의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 윈도우 검출기의 입력 교차 결합 비교기(input cross-coupled comparator, OSWD)를 도시한 도면이다.
도 6은 윈도우 폭, 보정 정확도 및 수렴 시간 사이의 관계를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 타이밍 스큐 감지를 위한 윈도우 검출기 내의 비교기 오프셋 조절 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 타이밍 스큐가 없는 경우 각 서브 채널 SAR ADC의 디지털 출력을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 타이밍 스큐 보정부의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating detailed configurations of a sub-channel SAR ADC and a window detector according to the present embodiment.
3 is a diagram showing the configuration of a differential comparator applied to the window detector according to the present embodiment.
4 is a diagram illustrating a block diagram of a comparator offset correcting unit according to the present embodiment.
5 is a diagram illustrating an input cross-coupled comparator (OS WD ) of the window detector according to the present embodiment.
6 shows the relationship between window width, calibration accuracy and convergence time.
7 is a diagram illustrating a process of adjusting a comparator offset in a window detector for timing skew detection according to a preferred embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a digital output of each sub-channel SAR ADC when there is no timing skew.
9 is a diagram illustrating a block diagram of a timing skew correcting unit according to the present embodiment.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 타임인터리브드 SAR ADC는 위상 발생기(100), VDL(Variable Delay Line, 102), 복수의 서브 채널 SAR ADC(2b/Cycle SAR, 104-n), 윈도우 검출기(Window Detector, 106), 비교기 오프셋 보정부(108), 타이밍 스큐 보정부(110) 및 멀티플렉서(112)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, the time-interleaved SAR ADC according to the present embodiment includes a
위상 발생기(100)는 외부 클록을 통해 서브 채널 SAR ADC(104) 및 윈도우 검출기(106)의 샘플링 클록 위상을 생성한다.The
VDL(102)은 발생된 샘플링 클록 위상을 지연시켜 복수의 서브 채널 SAR ADC(104) 및 윈도우 검출기(106)에 대응되는 스위칭 소자(, )를 제어하기 위한 샘플링 클록을 출력한다. The
복수의 서브 채널 SAR ADC(2b/Cycle SAR, 104-n)은 아날로그 입력 전압(Vin)을 인가 받아 소정 비트(예를 들어, 7비트)의 디지털 신호를 출력한다.The plurality of sub-channel SAR ADCs (2b/Cycle SAR, 104-n) receives an analog input voltage (V in ) and outputs a digital signal of a predetermined bit (eg, 7 bits).
복수의 서브 채널 SAR ADC(104-n)는 2b/Cycle 아키텍처를 사용하여 변환 속도를 크게 향상시킨다. The multiple sub-channel SAR ADCs 104-n use a 2b/Cycle architecture to significantly improve conversion speed.
윈도우 검출기(106)는 아날로그 입력 전압이 미리 설정된 윈도우 폭(Window Width) 내에 위치하는지 여부를 검출한다. The
복수의 서브 채널 SAR ADC(104)는 아날로그 입력 전압을 디지털 신호로 변환한다. A plurality of sub-channel SAR ADCs 104 convert an analog input voltage into a digital signal.
비교기 오프셋 보정부(108)는 복수의 서브 채널 SAR ADC(104) 각각이 변환하는 디지털 신호를 통해 복수의 서브 채널 SAR ADC(104) 및 윈도우 검출기(106) 내에 포함된 비교기의 오프셋을 보정한다. The comparator
타이밍 스큐 보정부(110)는 비교기 오프셋 보정부(108)에 의해 결정된 비교기 오프셋을 통해 타이밍 스큐가 발생하는지 여부를 판단하고, 타이밍 스큐 보정 코드(Timining-Skew Calibration Code)를 생성한다. The timing
타이밍 스큐 보정부(110)는 타이밍 스큐 보정 코드를 통해 VDL(102)을 제어하여 윈도우 검출기(106)에 대응되는 스위칭 소자를 제어하기 위한 샘플링 클록()에 맞춰 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC(104)에 대응되는 스위칭 소자의 샘플링 클록()을 정렬함으로써 타이밍 스큐 부정합을 보정한다. The timing
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 타이밍 스큐 보정 과정을 상세하게 설명한다. Hereinafter, a timing skew correction process according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 실시예에 따른 서브 채널 SAR ADC 및 윈도우 검출기의 상세 구성을 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating detailed configurations of a sub-channel SAR ADC and a window detector according to the present embodiment.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 서브 채널 SAR ADC(104)는 메인 CDAC(capacitive-digital-to-analog converter, 200), 레퍼런스 CDAC(202) 및 3개의 DDC(differential-difference comparator, 204)를 포함한다. As shown in FIG. 2A , the sub-channel SAR ADC 104 according to the present embodiment includes a main capacitive-digital-to-analog converter (CDAC) 200, a
3개의 DDC(204)는 샘플링된 입력 차동 전압(input differential voltage)을 레퍼런스 CDAC(202)에서 생성한 3개의 레퍼런스 전압과 비교하여 결정 주기(decision cycle)에서 2비트를 결정한다. The three
CDAC 안정화 에러(settling error) 및 킥백(kick-back) 노이즈를 보정하기 위해 비이진(nonbinary) 결정 체계가 적용된다. A nonbinary decision scheme is applied to correct for CDAC settling error and kick-back noise.
결국 ADC는 1 비트 redundancy를 포함하여 8 비트를 결정하고, 비이진-이진 디코더(nonbinary-to-binary decoder)가 이를 7 비트 이진 코드로 변환한다. In the end, the ADC determines 8 bits including 1-bit redundancy, and a nonbinary-to-binary decoder converts them into 7-bit binary code.
윈도우 검출기(106)는 윈도우 검출에 사용되는 입력 교차 결합 비교기(차동 비교기, CMP, 206)를 제외하고는 서브 채널 SAR ADC와 유사한 구조를 가지며, 이에 대해서는 이하에서 다시 상술될 것이다. The
본 실시예에 따른 비교기 오프셋 보정부(108)는 서브 채널 SAR ADC(104)의 비교기 오프셋을 보정할뿐만 아니라 입력 교차 결합 비교기가 윈도우 검출기(106)로 동작하도록 한다. The comparator offset
본 실시예에 따른 아키텍처에서는 총 17 개의 비교기가 사용되며, 15 개의 DDC가 각 서브 채널 SAR ADC(100)에 사용되고 나머지 두 개의 차동 비교기(differential comparator)가 윈도우 검출기(106)에 사용된다.In the architecture according to the present embodiment, a total of 17 comparators are used, 15 DDCs are used for each
본 실시예에 따른 모든 비교기(DDC 및 차동 비교기)는 비교기 오프셋 보정부(108)에 의해 순차적으로 보정되며 보정 데이터는 각 ADC의 레지스터에 저장된다.All comparators (DDC and differential comparators) according to this embodiment are sequentially corrected by the comparator offset
본 실시예에 따른 윈도우 검출기(106)는 Strong-ARM 래치 기반 동적 비교기에서 구현된 두 개의 차동 비교기를 가지고 있어 높은 전력 효율을 유지하면서 고속으로 동작한다. The
도 3은 본 실시예에 따른 윈도우 검출기에 적용된 차동 비교기의 구성을 도시한 도면이다. 3 is a diagram showing the configuration of a differential comparator applied to the window detector according to the present embodiment.
도 3을 참조하면, 차동 비교기는 복수의 프리-앰프(M1,2,11), 복수의 래치(M3-6), 복수의 리셋 스위치(M7-10), 킥백 노이즈 저감을 위한 더미 입력 트랜지스터(MDum) 및 복수의 오프셋 보정(calibration) 트랜지스터(MF,C)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the differential comparator includes a plurality of pre-amplifiers M 1,2,11 , a plurality of latches M 3-6 , a plurality of reset switches M 7-10 , and a dummy for reducing kickback noise. It may include an input transistor M Dum and a plurality of offset correction transistors M F,C .
차동 비교기의 입력 차이로 인해 전류가 다르기 때문에 Vinp> Vinn, Ip> In이면, 래치에 의한 재생성에 의해 OUTp 및 OUTn가 VDD ( "1") 및 GND ("0")로 된다. 여기서, OUTp가 VDD일 때 차동 비교기 출력이 1로 정의된다. If V inp > V inn , I p > I n because the current is different due to the input difference of the differential comparator, then OUT p and OUT n are driven to VDD ("1") and GND ("0") by regeneration by the latch. do. Here, the differential comparator output is defined as 1 when OUT p is VDD.
그러나 오프셋이 존재하면 Vinp> Vinn,에도 불구하고 In> Ip가 된다. 이러한 경우, 입력 트랜지스터 M2와 병렬로 연결된 MF,C를 턴온하여 보정 전류(Ipcal)로 비교 오차를 보정할 수 있다. However, if an offset exists, I n > I p despite V inp > V inn . In this case, the comparison error may be corrected with the correction current I pcal by turning on M F,C connected in parallel with the input transistor M 2 .
오프셋이 없고, 입력 차이가 0이면 비교기 출력이 "1" 또는 "0"에 랜덤하게 분배된다. 그러나 오프셋이 있는 경우 입력 차이가 0이더라도 출력은 "1" 또는 "0"으로 유지된다. If there is no offset and the input difference is zero, then the comparator output is randomly distributed to either "1" or "0". However, if there is an offset, the output remains either "1" or "0" even if the input difference is zero.
따라서 입력 차이를 0에 적용하고 차동 비교기 출력을 모니터링하여 오프셋이 있는지 확인할 수 있고, 이러한 확인을 통해 비교기 오프셋 보정을 수행할 수 있다. Thus, you can apply the input difference to zero and monitor the differential comparator output to see if there is an offset, which allows you to perform comparator offset correction.
도 4는 본 실시예에 따른 비교기 오프셋 보정부의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a block diagram of a comparator offset correcting unit according to the present embodiment.
도 4는 도 1의 상단에 표시된 Comparator Offset Calibration Logic 및 Comparator Offset Calibration Routers and Registers의 전체 구성을 도시한 것이다. Figure 4 shows the overall configuration of the Comparator Offset Calibration Logic and Comparator Offset Calibration Routers and Registers shown at the top of FIG.
도 4에 도시된 바와 같이, 비교기 오프셋 보정부(108)는 비교기(400), 업다운 카운터(402), 오프셋 보정부(404), 데이터 라우터(406) 및 레지스터(408)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4 , the comparator offset correcting
도 4를 참조하면, 비교기(400)는 차동 입력 전압이 공통 모드 전압(Vcm)으로 단락시킨 후 입력되는 신호의 비교 결과를 출력한다. Referring to FIG. 4 , the
업다운 카운터(402)는 비교기(400)의 출력을 입력으로 하여 특정 코드를 출력한다. The up-
비교기(400)가 출력을 "1" 또는 "0"으로 유지하면 업다운 카운터(402)가 특정 코드(OS+ 또는 OS-)에 도달한 다음 오프셋 보정부(404)는 특정 코드를 입력으로 하여 비교기 오프셋을 보정하기 위해 보정 트랜지스터(MF,C)를 턴온하거나 턴오프한다. When the
일련의 오프셋 보정 후에도 작은 오프셋이 남아 있으면 비교기 출력이 "1"과 "0" 사이에서 번갈아 나타날 수 있으며, 다수결(majority voting method) 방식으로 이를 감지할 수 있다. If a small offset remains after a series of offset corrections, the comparator output may alternate between "1" and "0", which can be detected by a majority voting method.
즉, 업다운 카운터(402)가 경쟁하여 그 중 하나가 특정 코드에 먼저 도달하여 보정이 수행된다. That is, the up-
데이터 라우터(406)는 업다운 카운터(402)가 출력하는 코드를 라우팅하고, 레지스터(408)는 이를 저장한다. The
도 5는 본 실시예에 따른 윈도우 검출기의 입력 교차 결합 비교기(input cross-coupled comparator, OSWD)를 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating an input cross-coupled comparator (OS WD ) of the window detector according to the present embodiment.
도 5에 도시된 바와 같이, 오프셋이 없는 경우, 입력 전압에 관계 없이 비교기 출력은 항상 반대여야 하나, 오프셋이 있는 경우 입력 전압이 윈도우 영역으로 떨어질 때 비교기 출력이 같아진다. As shown in FIG. 5 , when there is no offset, the comparator output should always be opposite regardless of the input voltage, but in the case of the offset, the comparator output becomes the same when the input voltage falls to the window region.
반면 입력 전압이 윈도우 영역을 벗어나면 비교기 출력이 다시 반대가 된다. 따라서 불가피한 오프셋이 있더라도 입력 교차 결합 비교기를 윈도우 검출기로 사용할 수 있다.On the other hand, if the input voltage is out of the window region, the comparator output is reversed again. Thus, an input cross-coupled comparator can be used as a window detector, even with unavoidable offsets.
윈도우 폭이 작을수록 보정 수렴 시간이 길어지기 때문에 타이밍 스큐에 큰 영향을 미치는 온도 및 전압 변동을 따라가지 못할 수 있다. 반면 윈도우 폭이 클수록 보정 정확도는 낮아진다. The smaller the window width, the longer the correction convergence time, so it may not be able to keep up with temperature and voltage fluctuations that significantly affect timing skew. On the other hand, the larger the window width, the lower the calibration accuracy.
도 6은 윈도우 폭, 보정 정확도 및 수렴 시간 사이의 관계를 나타낸 것이다. 6 shows the relationship between window width, calibration accuracy and convergence time.
도 6을 참조하면, 윈도우 폭이 W = 1 LSB 인 경우 ± 1ps skew 내에서 수렴하려면 130k 이상의 샘플이 필요하다. 반면 W = 2 LSB 인 경우 ± 1ps skew 내에서 수렴하려면 70k 샘플이 필요하다. Referring to FIG. 6 , when the window width is W = 1 LSB, 130k or more samples are required to converge within ± 1ps skew. On the other hand, if W = 2 LSB, 70k samples are required to converge within ± 1ps skew.
± 1ps 정확도를 유지하기 위한 수렴 시간은 W = 1LSB의 절반이다. 반면에 W = 10 LSB이면 수렴하는데 40k 샘플만 필요하지만 정확도가 매우 낮아 정확도는 ~ 6ps이다. 따라서 수렴 시간과 보정 정확도 간의 균형을 고려하여 윈도우 폭을 2LSB (± 1LSB, ± 15mV)로 설정한다.The convergence time to maintain ±1ps accuracy is half that of W = 1LSB. On the other hand, if W = 10 LSB, only 40k samples are needed to converge, but the accuracy is very low, giving an accuracy of ~6ps. Therefore, considering the balance between convergence time and calibration accuracy, set the window width to 2LSB (±1LSB, ±15mV).
본 실시예에 따른 비교기 오프셋 기반 윈도우 검출기의 윈도우 폭은 비교기 오프셋에 의해 결정되므로 윈도우 폭을 설정하기 위해서는 비교기 오프셋 제어가 필요하다. 원하는 비교기 오프셋을 얻으려면 먼저 프로세스 랜덤 부정합로 인한 비교기 오프셋을 먼저 보정해야 한다.Since the window width of the comparator offset-based window detector according to the present embodiment is determined by the comparator offset, comparator offset control is required to set the window width. To obtain the desired comparator offset, the comparator offset due to process random mismatch must first be corrected.
이를 위해 프로세스 랜덤 부정합으로 인해 발생할 수 있는 비교기 오프셋 양을 아는 것이 중요하다. To this end, it is important to know the amount of comparator offset that can occur due to process random mismatch.
몬테카를로 시뮬레이션 및 포스트-레이아웃 기생 추출에서 비교기 오프셋은 ± 48mV로 추정된다. 추가 보정 트랜지스터는 비교기 오프셋을 보정하기 위해 입력 트랜지스터와 병렬로 연결된다. In Monte Carlo simulations and post-layout parasitic extraction, the comparator offset is estimated to be ±48 mV. An additional correction transistor is connected in parallel with the input transistor to correct the comparator offset.
비교기 오프셋 1.5mV 정확도를 제어하려면 보정 전류 (도 3의 Ipcal 및 Incal)가 주 전류 (도 3의 Ip 및 In)보다 훨씬 작아야 한다. 이를 위해 긴 채널 트랜지스터가 보정에 사용된다. 또한 ± 48mV 오프셋을 보정하려면 6 비트 이상의 추가 트랜지스터가 필요하다. 그러나 이는 큰 기생 커패시턴스를 초래하고 비교기의 속도를 제한한다.To control the comparator offset 1.5 mV accuracy, the correction currents (I pcal and I ncal in Fig. 3) must be much smaller than the main currents (I p and I n in Fig. 3). For this purpose, a long channel transistor is used for calibration. Additionally, an additional transistor of 6 bits or more is required to compensate for the ±48mV offset. However, this results in large parasitic capacitance and limits the speed of the comparator.
이를 해결하기 위해 coarse-fine calibration이 제안된다. To solve this problem, coarse-fine calibration is proposed.
먼저 짧은(short) 채널 트랜지스터가 8.5mV 정확도로 ± 48mV 범위를 커버 한 다음 긴(long) 채널 트랜지스터가 1.5mV 정확도로 비교기 오프셋을 제어한다. First, a short channel transistor covers the ±48mV range with 8.5mV accuracy, and then a long channel transistor controls the comparator offset with 1.5mV accuracy.
따라서 4 비트 긴 채널 트랜지스터만 필요하므로 비교기 속도를 유지하면서 정확한 보정이 가능하다.Thus, only a 4-bit long channel transistor is required, allowing accurate calibration while maintaining comparator speed.
실제로 비교기는 원치않는 오프셋인 랜덤 오프셋을 갖기 때문에 윈도우 폭에 상응하는 원하는 윈도우 오프셋(OSWD)을 강제하는 것이 필요하다. In practice it is necessary to force the desired window offset (OS WD ) corresponding to the window width, since the comparator has a random offset which is an unwanted offset.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 타이밍 스큐 감지를 위한 윈도우 검출기 내의 비교기 오프셋 조절 과정을 도시한 도면이다. 7 is a diagram illustrating a process of adjusting a comparator offset in a window detector for timing skew detection according to a preferred embodiment of the present invention.
도 7a 내지 도 7b를 참조하면, 윈도우 검출기(106)는 메인 CDAC(capacitive-digital-to-analog converter) 및 레퍼런스 CDAC를 포함하는 차동 CDAC(700) 및 차동 비교기(702)를 포함할 수 있다. 7A-7B , the
차동 CDAC(700)는 공통 모드 전압(Vcm)을 샘플링하고 포지티브 입력 측의 스위치드 커패시터(CWD)는 VDD에서 GND로 전환되어 샘플링된 입력 차이를 원하지 않는 윈도우 비교기 오프셋(-OS)과 원하는 윈도우 비교기 오프셋(-OSWD)의 합인 "-OS + (-OSWD)"로 전환한다. A
이는 "-OS + (-OSWD)"의 오프셋을 갖는 것과 동일하므로 비교기 오프셋 보정부(108)를 보정하면 입력 차이가 다시 0으로 변경된다. Since this is the same as having an offset of “-OS + (-OS WD )”, the input difference is changed back to zero when the comparator offset
보정된 오프셋을 비교기에 저장한 후 Vcm을 다시 샘플링하고 CWD가 전환되지 않으면 도 7b에 도시된 대로 원하는 윈도우 오프셋 OSWD이 강제 실행된다. 이는 오프셋 보정이 원하지 않는 오프셋“-OS”와 CWD 전환에 의해 만들어진“-OSWD”를 보정하기 때문이다. 따라서 원하는 오프셋 (OSWD) 값만 남는다.After storing the corrected offset in the comparator, if V cm is resampled and C WD is not converted, the desired window offset OS WD is forced as shown in Figure 7b. This is because the offset correction corrects the unwanted offset “-OS” and “-OS WD ” created by the C WD conversion. Therefore, only the desired offset (OS WD ) value is left.
본 실시예에 따른 윈도우 검출기(106)의 윈도우 폭은 스위치드 커패시터 (CWD) 비율에 의해 결정되고 서브 채널 SAR ADC(104)와 유사한 구조를 가지고 있기 때문에 비교 시간 기반 윈도우 검출기보다 PVT 변화에 둔감하다. 오프셋이 두 비교기 모두에서 강제되는 경우 비교기는 변환 주기가 하나만 있는 윈도우 검출기(106)로 사용할 수 있다.Since the window width of the
마지막으로, 본 실시예에 따른 회로는 PVT 변동에 대한 저항 덕분에 윈도우 폭을 조정하기 위한 추가 보정이 필요하지 않다. 또한 비교 주기가 하나만 필요하므로 입력 임피던스 변동을 보정하기 위해 추가 더미 SAR ADC가 필요하지 않다.Finally, the circuit according to this embodiment does not require additional correction to adjust the window width thanks to its resistance to PVT fluctuations. Additionally, only one comparison period is required, eliminating the need for an additional dummy SAR ADC to compensate for input impedance variations.
이하에서는 타이밍 스큐 보정 알고리즘을 설명한다.Hereinafter, a timing skew correction algorithm will be described.
본 실시예에 따른 타이밍 스큐 보정부(110)는 평균 절대 편차(MAD) 기반으로 타이밍 스큐를 보정하며, 평균 절대 편차는 분산 기반 보정과 달리 곱셈기가 필요하지 않기 때문에 디지털 복잡성과 전력 소비를 줄일 수 있다. The timing
MAD 기반 타이밍 스큐 보정의 상세 내용은 다음과 같다. The details of the MAD-based timing skew correction are as follows.
타이밍 스큐가 없는 경우 각 서브 채널 SAR ADC(104)의 디지털 출력, Dout은 도 8과 같이 창이 제로 크로싱 근처에 설정되어 있기 때문에 0에 가깝게 수집되어야 한다. When there is no timing skew, the digital output, D out of each sub-channel SAR ADC 104 should be collected close to 0 because the window is set near the zero crossing as shown in FIG. 8 .
따라서 Dout의 평균 절대값 E (| Dout |)는 매우 작은 경향이 있다. 그러나 타이밍 스큐가 있으면 Dout이 0에서 멀리 떨어져 있기 때문에 E (| Dout |)가 매우 커질 수 있다. 따라서 E (| Dout |)를 최소화 할 수 있는 방향으로 샘플링 클록을 조정하여 타이밍 스큐를 최소화 할 수 있다.Therefore, the average absolute value E (| D out |) of D out tends to be very small. However, with timing skew, E (| D out |) can become very large because D out is far from zero. Therefore, timing skew can be minimized by adjusting the sampling clock in a direction that minimizes E (|D out |).
도 9는 본 실시예에 따른 타이밍 스큐 보정부의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다. 9 is a diagram illustrating a block diagram of a timing skew correcting unit according to the present embodiment.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 타이밍 스큐 보정부(110)는 디지털 적분기(Digital Integrator, 900) 및 스큐 중재/보정부(Skew Arbiter & Calibrator, 902)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 9 , the timing
타이밍 스큐 보정은 처음에 VDL(102)을 제어하여 샘플링 클록을 임의의 방향으로 유도하거나 지연시킨다. 그런 다음 디지털 적분기(900)는 상기 아날로그 입력 전압이 상기 윈도우 폭 내에 위치하는 경우, Dout의 절대값을 가져와 각 주기에 대해 적분한다. Timing skew correction initially controls
적분 후 스큐 중재/보정부(902)는 E (| Dout |)를 이전 주기와 비교하여 타이밍 스큐가 이전 주기에 비해 감소 또는 증가하는지 판단한다. The post-integration skew arbitration/
그런 다음 타이밍 스큐가 감소하면 스큐 중재/보정부(902)는 VDL(102)의 조정 방향을 이전과 동일하게 유지하도록 보정을 제어한다 (이전 주기에서와 같이 샘플링 클록 리드 또는 지연 유지). Then, when the timing skew decreases, the skew arbitration/
타이밍 스큐가 증가하는 경우 스큐 중재/보정부(902)는 이전 주기에서 VDL(102)의 조정 방향이 반전되도록 한다.When the timing skew increases, the skew arbitration/
위의 절차를 더 잘 이해할 수 있도록 n 번째 주기에서 각 블록의 작동 예를 살펴본다. In order to better understand the above procedure, let's look at the working example of each block in the nth cycle.
n 번째 주기의 모든 Dout이 디지털 적분기(900)에 의해 적분된 후 | Dout |의 n 번째 평균 값 En (| Dout |)이 이전 En-1 (| Dout |)과 비교된다. After all D out of the nth period are integrated by the
En (| Dout |) ≤ En-1 (| Dout |) 인 경우 스큐 중재/보정부(902)는 보정이 현재 올바르게 작동하고 있다고 판단하고 보정 과정이 마지막 주기와 동일하게 실행하도록 지시한다. If E n (| D out |) ≤ E n-1 (| D out |), the skew arbitration/
반대의 경우 스큐 중재/보정부(902)는 이전 주기와 반대로 작동하도록 제어한다. 이에, 스큐 중재/보정부(902)는 VDL(102)을 제어하여 샘플링 클록을 리드하거나 지연시켜 (n + 1) 번째 주기에서 타이밍 스큐를 줄인다. 타이밍 스큐 보정은 전압-온도 변화를 추적하기 위해 백그라운드에서 작동한다.In the opposite case, the skew arbitration/
한편, 몬테카를로 시뮬레이션 및 포스트-레이아웃 기생 추출에서 얻은 추정 된 타이밍 스큐 (3σ = 25ps)를 처리하기 위해 VDL(102)의 제어 범위는 ± 28ps로 설정되고 정확도는 ~ 1ps로 설정되어 핀 = 1.25GHz에서 40dB 이상의 SNR. 또한 VDL에 대한 과도한 부하를 피하기 위해 거친 미세 구조를 사용하여 지연을 선형으로 제어할 수 있다.On the other hand, to handle the estimated timing skew (3σ = 25 ps) obtained from Monte Carlo simulation and post-layout parasitic extraction, the control range of
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for the purpose of illustration, and various modifications, changes, and additions will be possible within the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention, and such modifications, changes and additions should be regarded as belonging to the following claims.
Claims (12)
아날로그 입력 전압이 미리 설정된 윈도우 폭 내에 위치하는지 여부를 검출하는 윈도우 검출기;
상기 아날로그 입력 전압을 디지털 신호로 변환하는 복수의 서브 채널 SAR(successive-approximation) ADC;
외부 클록을 통해 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 상기 윈도우 검출기의 샘플링 클록 위상을 생성하는 위상 발생기;
상기 샘플링 클록 위상을 지연시켜 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 상기 윈도우 검출기에 대응되는 스위칭 소자를 제어하기 위한 샘플링 클록을 출력하는 VDL(Variable Delay Line);
상기 복수의 서브 채널 SAR ADC이 출력하는 디지털 신호를 통해 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 상기 윈도우 검출기 내에 포함된 비교기의 오프셋을 보정하는 비교기 오프셋 보정부; 및
상기 아날로그 입력 전압이 상기 윈도우 폭 내에 위치하는 경우, 상기 비교기 오프셋 보정부에 의해 결정된 비교기 오프셋을 통해 타이밍 스큐 보정 코드를 생성하여 상기 VDL을 제어하는 타이밍 스큐 보정부를 포함하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.A time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter with comparator offset-based timing skew correction, comprising:
a window detector for detecting whether the analog input voltage is located within a preset window width;
a plurality of sub-channel successive-approximation (SAR) ADCs for converting the analog input voltage into a digital signal;
a phase generator for generating sampling clock phases of the plurality of sub-channel SAR ADCs and the window detector through an external clock;
a variable delay line (VDL) for delaying the sampling clock phase to output a sampling clock for controlling the switching elements corresponding to the plurality of sub-channel SAR ADCs and the window detector;
a comparator offset correcting unit for correcting offsets of comparators included in the plurality of sub-channel SAR ADCs and the window detector through digital signals output from the plurality of sub-channel SAR ADCs; and
and a timing skew correction unit for controlling the VDL by generating a timing skew correction code through the comparator offset determined by the comparator offset correction unit when the analog input voltage is located within the window width. - Digital converter.
상기 타이밍 스큐 보정부는 상기 타이밍 스큐 보정 코드를 통해 상기 VDL을 제어하여 상기 윈도우 검출기에 대응되는 스위칭 소자를 제어하기 위한 샘플링 클록에 맞춰 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC에 대응되는 스위칭 소자의 샘플링 클록을 정렬함으로써 타이밍 스큐 부정합을 보정하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.According to claim 1,
The timing skew correction unit controls the VDL through the timing skew correction code to align sampling clocks of switching devices corresponding to the plurality of sub-channel SAR ADCs with a sampling clock for controlling a switching device corresponding to the window detector. A time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter that corrects for timing skew mismatches by
상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 각각은,
메인 CDAC(capacitive-digital-to-analog converter), 레퍼런스 CDAC 및 복수의 DDC(differential-difference comparator)를 포함하고,
상기 복수의 DDC는 샘플링된 입력 차동 전압(input differential voltage)을 상기 레퍼런스 CDAC에서 생성한 복수의 레퍼런스 전압과 비교하여 결정 주기(decision cycle)에서 2비트를 결정하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.According to claim 1,
Each of the plurality of sub-channel SAR ADCs,
a main capacitive-digital-to-analog converter (CDAC), a reference CDAC and a plurality of differential-difference comparators (DDCs);
The plurality of DDCs compare a sampled input differential voltage with a plurality of reference voltages generated by the reference CDAC to determine two bits in a decision cycle, analog-to-digital time-interleaved successive approximation registers. converter.
상기 윈도우 검출기는,
메인 CDAC(capacitive-digital-to-analog converter), 레퍼런스 CDAC 및 복수의 차동 비교기를 포함하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.4. The method of claim 3,
The window detector is
Time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter with main capacitive-digital-to-analog converter (CDAC), reference CDAC and multiple differential comparators.
상기 비교기 오프셋 보정부는, 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 각각에 포함된 상기 복수의 DDC 및 상기 윈도우 검출기에 포함된 차동 비교기의 오프셋을 순차적으로 보정하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.5. The method of claim 4,
The comparator offset correcting unit is configured to sequentially correct offsets of the plurality of DDCs included in each of the plurality of sub-channel SAR ADCs and the differential comparators included in the window detector.
상기 비교기 오프셋 보정부는,
차동 입력 전압을 공통 모드 전압으로 단락시킨 후 입력되는 신호의 비교 결과를 출력하는 비교기;
상기 비교기의 출력을 입력으로 하여 특정 코드를 출력하는 업다운 카운터; 및
상기 특정 코드를 입력으로 하여 비교기 오프셋을 보정하는 오프셋 보정부를 포함하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.6. The method of claim 5,
The comparator offset correcting unit,
a comparator for shorting the differential input voltage to a common mode voltage and outputting a comparison result of the input signal;
an up-down counter for outputting a specific code by inputting the output of the comparator; and
and an offset correction unit for correcting a comparator offset by inputting the specific code as an input.
상기 차동 비교기는 복수의 프리-앰프, 복수의 래치, 복수의 리셋 스위치, 킥백 노이즈 저감을 위한 더미 입력 트랜지스터 및 복수의 오프셋 보정 트랜지스터를 포함하고, 오프셋이 존재하는 경우, 상기 복수의 오프셋 보정 트랜지스터를 턴온하여 보정 전류로 비교 오차를 보정하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.5. The method of claim 4,
The differential comparator includes a plurality of pre-amplifiers, a plurality of latches, a plurality of reset switches, a dummy input transistor for reducing kickback noise, and a plurality of offset correction transistors. A time-interleaved successive approximation resistor analog-to-digital converter that turns on and corrects for comparison errors with a correction current.
상기 윈도우 검출기의 상기 차동 비교기는 상기 메인 CDAC(capacitive-digital-to-analog converter) 및 레퍼런스 CDAC를 포함하는 차동 CDAC의 포지티브 입력 측의 스위치드 커패시터를 VDD에서 GND로 전환하여 샘플링된 입력 차이를 원하지 않는 윈도우 비교기 오프셋(-OS)과 원하는 윈도우 비교기 오프셋(-OSWD)의 합으로 전환하여 출력하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.5. The method of claim 4,
The differential comparator of the window detector converts the switched capacitor on the positive input side of the differential CDAC including the main capacitive-digital-to-analog converter (CDAC) and the reference CDAC from VDD to GND so that the sampled input difference is not desired. Converted to the sum of the window comparator offset (-OS) and the desired window comparator offset (-OS WD ) and output Time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter.
상기 윈도우 검출기의 윈도우 폭은 상기 스위치드 커패시터의 비율에 의해 결정되는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.9. The method of claim 8,
A time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter in which a window width of the window detector is determined by a ratio of the switched capacitor.
상기 타이밍 스큐 보정부는, 평균 절대 편차 기반으로 상기 타이밍 스큐를 보정하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.According to claim 1,
The timing skew corrector is configured to correct the timing skew based on an average absolute deviation.
상기 타이밍 스큐 보정부는,
상기 아날로그 입력 전압이 상기 윈도우 폭 내에 위치하는 경우, 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC의 디지털 출력의 평균 절대값을 각 주기에 대해 적분하는 디지털 적분기; 및
상기 평균 절대값을 이전 주기와 비교하여 타이밍 스큐가 이전 주기에 비해 감소 또는 증가하는지 판단하여 상기 VDL의 조정 방향을 제어하는 상기 스큐 중재/보정부를 포함하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기.11. The method of claim 10,
The timing skew correction unit,
a digital integrator for integrating an average absolute value of digital outputs of the plurality of sub-channel SAR ADCs for each period when the analog input voltage is located within the window width; and
and the skew arbitration/correction unit controlling an adjustment direction of the VDL by comparing the average absolute value with a previous period to determine whether timing skew is decreased or increased compared to the previous period.
위상 발생기를 통해 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 윈도우 검출기의 샘플링 클록 위상을 생성하는 단계;
VDL(Variable Delay Line)을 통해 상기 샘플링 클록 위상을 지연시켜 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 상기 윈도우 검출기에 대응되는 스위칭 소자를 제어하기 위한 샘플링 클록을 출력하는 단계;
상기 윈도우 검출기를 통해 아날로그 입력 전압이 미리 설정된 윈도우 폭 내에 위치하는지 여부를 검출하는 단계;
상기 복수의 서브 채널 SAR(successive-approximation) ADC를 통해 상기 아날로그 입력 전압을 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 복수의 서브 채널 SAR ADC이 출력하는 디지털 신호를 통해 상기 복수의 서브 채널 SAR ADC 및 상기 윈도우 검출기 내에 포함된 비교기의 오프셋을 보정하는 단계; 및
상기 아날로그 입력 전압이 상기 윈도우 폭 내에 위치하는 경우, 상기 보정된 비교기의 오프셋을 통해 타이밍 스큐 보정 코드를 생성하여 상기 VDL을 제어하는 단계를 포함하는 타임인터리브드 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기의 비교기 오프셋 기반 타이밍 스큐 보정 방법.
A method for comparator offset-based timing skew correction of a time-interleaved successive approximation register analog-to-digital converter, comprising:
generating sampling clock phases of a plurality of sub-channel SAR ADCs and a window detector via a phase generator;
outputting a sampling clock for controlling a switching element corresponding to the plurality of sub-channel SAR ADCs and the window detector by delaying the sampling clock phase through a variable delay line (VDL);
detecting whether an analog input voltage is located within a preset window width through the window detector;
converting the analog input voltage into a digital signal through the plurality of sub-channel successive-approximation (SAR) ADCs;
correcting offsets of the plurality of sub-channel SAR ADCs and comparators included in the window detector through digital signals output from the plurality of sub-channel SAR ADCs; and
and controlling the VDL by generating a timing skew correction code through the corrected offset of the comparator when the analog input voltage is located within the window width. based timing skew correction method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210049028A KR20220142686A (en) | 2021-04-15 | 2021-04-15 | Time-interleaved SAR ADC with comparator offset-based timing-skew calibration and comparator offset-based timing skew correction method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210049028A KR20220142686A (en) | 2021-04-15 | 2021-04-15 | Time-interleaved SAR ADC with comparator offset-based timing-skew calibration and comparator offset-based timing skew correction method using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220142686A true KR20220142686A (en) | 2022-10-24 |
Family
ID=83805602
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210049028A KR20220142686A (en) | 2021-04-15 | 2021-04-15 | Time-interleaved SAR ADC with comparator offset-based timing-skew calibration and comparator offset-based timing skew correction method using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20220142686A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117560004A (en) * | 2024-01-11 | 2024-02-13 | 中茵微电子(南京)有限公司 | Digital correction device and method for correcting differential mismatch in analog comparator |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101680080B1 (en) | 2014-12-30 | 2016-11-28 | 서강대학교산학협력단 | Time interleaved pipeline SAR ADC for minimizing channel offset mismatch |
-
2021
- 2021-04-15 KR KR1020210049028A patent/KR20220142686A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101680080B1 (en) | 2014-12-30 | 2016-11-28 | 서강대학교산학협력단 | Time interleaved pipeline SAR ADC for minimizing channel offset mismatch |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117560004A (en) * | 2024-01-11 | 2024-02-13 | 中茵微电子(南京)有限公司 | Digital correction device and method for correcting differential mismatch in analog comparator |
CN117560004B (en) * | 2024-01-11 | 2024-03-29 | 中茵微电子(南京)有限公司 | Digital correction device and method for correcting differential mismatch in analog comparator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9660660B1 (en) | Analog to digital converter with high precision offset calibrated integrating comparators | |
CN106849942B (en) | Ultra-high-speed low-jitter multiphase clock circuit | |
US7612703B2 (en) | Pipelined analog-to-digital converter with calibration of capacitor mismatch and finite gain error | |
KR102636356B1 (en) | Method and apparatus for offset correction in SAR ADC using reduced capacitor array DAC | |
TWI506961B (en) | Two-step subranging adc architecture | |
US8791845B2 (en) | Circuitry and method for reducing area and power of a pipelince ADC | |
US6714886B2 (en) | System and method of DC calibration of amplifiers | |
US20080129573A1 (en) | Differential input successive approximation analog to digital converter with common mode rejection | |
US5867116A (en) | Multi-stage interpolating analog-to-digital conversion | |
US8174423B2 (en) | Pipelined analog-to-digital converter and sub-converter stage | |
US20090135037A1 (en) | Correcting Offset Errors Associated With A Sub-ADC In Pipeline Analog To Digital Converters | |
JP5481809B2 (en) | Comparator circuit and analog-digital converter having the same | |
WO2017029984A1 (en) | Analog to digital converter | |
US9054732B2 (en) | SAR analog-to-digital conversion method and SAR analog-to-digital conversion circuit | |
US10826521B1 (en) | Successive approximation register analog to digital converter and offset detection method thereof | |
US10693487B1 (en) | Successive approximation register analog-to-digital converter and operation method thereof | |
US10581446B1 (en) | Current controlled MDAC for time-interleaved ADCS and related methods | |
US8773294B2 (en) | Background techniques for comparator calibration | |
KR20220142686A (en) | Time-interleaved SAR ADC with comparator offset-based timing-skew calibration and comparator offset-based timing skew correction method using the same | |
US10574250B1 (en) | Digital calibration systems and methods for multi-stage analog-to-digital converters | |
US10720934B1 (en) | MDAC based time-interleaved analog-to-digital converters and related methods | |
Li et al. | A 12-bit single slope ADC with multi-step structure and ramp calibration technique for image sensors | |
Seong et al. | A 2.5 GS/s 7-Bit 5-way time-interleaved SAR ADC with on-chip background offset and timing-skew calibration | |
US10826513B1 (en) | Analog to digital converter with offset-adjustable comparators | |
US11606101B2 (en) | Analog-to-digital converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |