RU2518997C1 - Ultra-high-speed parallel analogue-to-digital converter with differential input - Google Patents
Ultra-high-speed parallel analogue-to-digital converter with differential input Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518997C1 RU2518997C1 RU2013120163/08A RU2013120163A RU2518997C1 RU 2518997 C1 RU2518997 C1 RU 2518997C1 RU 2013120163/08 A RU2013120163/08 A RU 2013120163/08A RU 2013120163 A RU2013120163 A RU 2013120163A RU 2518997 C1 RU2518997 C1 RU 2518997C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- source
- voltage
- current mirror
- reference current
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных устройств обработки аналоговой информации, измерительных приборах, системах телекоммуникаций и т.п.The present invention relates to the field of measuring and computing, radio engineering, communications and can be used in the structure of various devices for processing analog information, measuring instruments, telecommunication systems, etc.
В современной технике широкое применение находят параллельные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), обеспечивающие наибольшую скорость преобразования аналоговых сигналов (uвх) в цифровые сигналы [1-27]. С повышением частоты входного напряжения uвх в таких микроэлектронных АЦП возникают существенные погрешности преобразования, обусловленные влиянием паразитных конденсаторов, образуемых емкостями на подложку активных и пассивных компонентов [28-29]. Дальнейшее повышение быстродействия параллельных АЦП - одна из проблем современной информационно-измерительной техники, решение которой позволит осуществить практическую реализацию новых систем связи и телекоммуникаций с более высокими качественными показателями.In modern technology, widespread use are parallel analog-to-digital converters (ADCs), which provide the highest conversion speed of analog signals (u in ) to digital signals [1-27]. With an increase in the frequency of the input voltage u I in such microelectronic ADCs, significant conversion errors arise due to the influence of stray capacitors formed by capacitors on the substrate of active and passive components [28-29]. A further increase in the performance of parallel ADCs is one of the problems of modern information-measuring equipment, the solution of which will allow the practical implementation of new communication systems and telecommunications with higher quality indicators.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству является параллельный АЦП фиг. 1, описанный в патенте US 7.394.420, fig.3, fig.4. Анализу его предельного частотного диапазона (fв.max), а также попыткам увеличения fв.max за счет оптимизации абсолютных значений сопротивлений эталонных резисторов, посвящены статьи [28-29], в том числе соавтора настоящей заявки [29].Closest to the technical nature of the claimed device is a parallel ADC of FIG. 1 described in US Pat. No. 7,394,420, fig. 3, fig. 4. An analysis of its limiting frequency range (f in.max ), as well as attempts to increase f in.max by optimizing the absolute values of the resistances of the reference resistors, are discussed in [28–29], including a co-author of this application [29].
АЦП-прототип содержит N идентичных по архитектуре секций (фиг.1). Каждая из секций содержит компаратор напряжения 1, первый 2 вход которого соединен с первым 3 источником входного напряжения через первый 4 эталонный резистор, а второй 5 вход компаратора напряжения 1 подключен ко второму 6 источнику входного противофазного напряжения через второй 7 эталонный резистор, причем первый 2 вход компаратора напряжения 1 связан с первым 8 источником опорного тока и первым 9 паразитным конденсатором, второй 5 вход компаратора напряжения 1 связан со вторым 10 источником опорного тока и вторым 11 паразитным конденсатором.The ADC prototype contains N sections identical in architecture (FIG. 1). Each section contains a
Существенный недостаток АЦП-прототипа (фиг.1), схема одной из секций которого показана на фиг. 2, состоит в том, что его предельный частотный диапазон преобразования входных аналоговых сигналов в цифру (даже при реализации на сверхвысокочастотных транзисторах с fmax=200 ГГц техпроцесса SGB25H1, IHP, Германия [28, 29]) ограничен из-за уменьшения на высоких частотах коэффициента передачи сигнала со входов АЦП до входов компараторов напряжения.A significant drawback of the ADC prototype (FIG. 1), a circuit of one of the sections of which is shown in FIG. 2, consists in the fact that its limiting frequency range for converting input analog signals to digital (even when implementing SGB25H1, IHP, Germany [28, 29] technology at microwave transistors with f max = 200 GHz) is limited due to a decrease at high frequencies the transmission coefficient of the signal from the inputs of the ADC to the inputs of the voltage comparators.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в расширении в несколько раз частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений от источников входных напряжений 3 и 6 ко входам компараторов напряжения 1.The main objective of the invention is to expand several times the frequency range of the processed ADC signals by reducing the error of transmission of input differential voltages from sources of
Поставленная задача достигается тем, что в параллельном аналого-цифровом преобразователе с дифференциальным входом (фиг.1), каждая из N-секций которого (фиг.2) содержит компаратор напряжения 1, первый 2 вход которого соединен с первым 3 источником входного напряжения через первый 4 эталонный резистор, а второй 5 вход компаратора напряжения 1 подключен ко второму 6 источнику входного противофазного напряжения через второй 7 эталонный резистор, причем первый 2 вход компаратора напряжения 1 связан с первым 8 источником опорного тока и первым 9 паразитным конденсатором, второй 5 вход компаратора напряжения 1 связан со вторым 10 источником опорного тока и вторым 11 паразитным конденсатором, предусмотрены новые элементы и связи - первый 8 источник опорного тока выполнен в виде первого 12 токового зеркала, согласованного с первой 13 шиной источника питания, и первого 14 вспомогательного источника опорного тока, соединенного со входом первого 12 токового зеркала, причем выход первого 12 токового зеркала является выходом первого 8 источника опорного тока, а второй 6 источник входного противофазного напряжения связан со входом первого 12 токового зеркала через первый 15 корректирующий конденсатор.The problem is achieved in that in a parallel analog-to-digital Converter with a differential input (figure 1), each of the N-sections of which (figure 2) contains a
На фиг.1 приведена схема АЦП - прототипа, который содержит N-параллельно включенных секций с одинаковой архитектурой (фиг.2), но разными абсолютными значениями сопротивлений эталонных резисторов 4 (7) и токов I8 (I10) источников опорных токов 8 (10).Figure 1 shows the circuit of the ADC prototype, which contains N-parallel connected sections with the same architecture (figure 2), but with different absolute values of the resistances of the reference resistors 4 (7) and currents I 8 (I 10 ) of the sources of the reference currents 8 ( 10).
На фиг. 2 приведена эквивалентная схема одной из секции АЦП фиг. 1, соответствующая АЦП-прототипу.In FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of one of the ADC sections of FIG. 1, corresponding to the ADC prototype.
На фиг. 3 показана схема одной из секций предлагаемого АЦП, соответствующая пп. 1, 2 формулы изобретения.In FIG. 3 shows a diagram of one of the sections of the proposed ADC, corresponding to paragraphs. 1, 2 claims.
На фиг. 4 приведена эквивалентная схема заявляемого АЦП в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов (npn 200-n; техпроцесс SG25H1, IHP, Iк.тах = 4 мА. A high-performance 0.25 µm technology with npn-HBTs up to fT/fmax=180/220 GHz.), в которой учитываются паразитные емкости реальных токовых зеркал, емкости на подложку пассивных компонентов и входные емкости компараторов напряжения 1 на основе реальных дифференциальных каскадов.In FIG. Figure 4 shows the equivalent circuit of the claimed ADC in the Cadence environment on SiGe transistor models (npn 200-n; SG25H1, IHP process technology, Ik max = 4 mA. A high-performance 0.25 µm technology with npn-HBTs up to f T / f max = 180/220 GHz.), Which takes into account parasitic capacitance of real current mirrors, capacitance on the substrate of passive components and input capacitance of
На фиг. 5 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи от источников входных напряжений 3 и 6 к дифференциальному входу компаратора №2 (каналы: 32, 48) схемы АЦП фиг. 4.In FIG. 5 shows the logarithmic amplitude-frequency characteristic of the transmission coefficient from
На фиг. 6 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи от источников входных напряжений 3 и 6 к дифференциальному входу компаратора №2 (каналы: 32, 48) схемы АЦП фиг. 4. При этом в данной схеме:In FIG. 6 shows the logarithmic amplitude-frequency characteristic of the transmission coefficient from sources of
- учитывается емкость на подложку эталонных резисторов 4 и 7;- takes into account the capacitance on the substrate of the
- последовательно с каждым корректирующим конденсатором 15 и 18 Ск, включены дополнительные резисторы R=50 Ом;- sequentially with each
- паразитная выходная емкость токовых зеркал 12 и 16 имеет сравнительно малое значение Сn=70 фФ;- parasitic output capacitance of
- в схеме использованы реальные компараторы напряжения 1 (дифференциальные каскады) с паразитными емкостями их транзисторов.- the circuit uses real voltage comparators 1 (differential stages) with parasitic capacitances of their transistors.
На фиг. 7 показана логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи от источников напряжений 3 и 6 к дифференциальному входу компаратора №2 (каналы: 32, 48) схемы АЦП фиг. 4. При этом в схеме фиг. 4:In FIG. 7 shows the logarithmic amplitude-frequency characteristic of the transmission coefficient from
- учитывается емкость на подложку эталонных резисторов 4 и 7;- takes into account the capacitance on the substrate of the
- последовательно с емкостью каждого корректирующего конденсаторов 15 и 18 (Ск) включены дополнительные резисторы R=50 Ом;- sequentially with the capacitance of each
- паразитная выходная емкость токовых зеркал 12 и 16 имеет повышенное значение Сn=300 фФ;- parasitic output capacitance of
- использованы реальные компараторы напряжений 1 (дифференциальные каскады) с паразитными емкостями его транзисторов.- used real voltage comparators 1 (differential stages) with parasitic capacitances of its transistors.
Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом содержит N идентичных по архитектуре секций фиг. 3. Каждая из секций включает компаратор напряжения 1, первый 2 вход которого соединен с первым 3 источником входного напряжения через первый 4 эталонный резистор, а второй 5 вход компаратора напряжения 1 подключен ко второму 6 источнику входного противофазного напряжения через второй 7 эталонный резистор, причем первый 2 вход компаратора напряжения 1 связан с первым 8 источником опорного тока и первым 9 паразитным конденсатором, второй 5 вход компаратора напряжения 1 связан со вторым 10 источником опорного тока и вторым 11 паразитным конденсатором. Первый 8 источник опорного тока выполнен в виде первого 12 токового зеркала, согласованного с первой 13 шиной источника питания, и первого 14 вспомогательного источника опорного тока, соединенного со входом первого 12 токового зеркала, причем выход первого 12 токового зеркала является выходом первого 8 источника опорного тока, а второй 6 источник входного противофазного напряжения связан со входом первого 12 токового зеркала через первый 15 корректирующий конденсатор. По состоянию выходов компараторов напряжения судят о цифровом эквиваленте входного сигнала.An ultra-fast parallel analog-to-digital converter with differential input contains N identical architecture sections of FIG. 3. Each of the sections includes a
На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, второй 10 источник опорного тока выполнен в виде второго 16 токового зеркала, согласованного с первой 13 шиной источника питания, и второго 17 вспомогательного источника опорного тока, соединенного со входом второго 16 токового зеркала, причем выход второго 16 токового зеркала является выходом второго 10 источника опорного тока, а первый 3 источник входного напряжения связан со входом второго 16 токового зеркала через второй 18 корректирующий конденсатор.In Fig. 3, in accordance with
На фиг.4, в соответствии с п.3 формулы изобретения, последовательно с каждым корректирующим конденсатором 15 и 18 включены дополнительные резисторы.In figure 4, in accordance with
Рассмотрим работу аналоговых секций АЦП фиг.1, фиг.2 и фиг.3, включающих эталонные резисторы 4, 7, источники опорного тока 8, 10, компаратор напряжений 1.Consider the operation of the analog sections of the ADC of FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, including
В АЦП-прототипе фиг.1 быстродействие аналоговой секции фиг.2 (ее предельный частотный диапазон fв.max) определяется паразитными конденсаторами 9 и 11. Практически верхняя граничная частота (по уровню - 1 дБ) АЦП-прототипа при его реализации по SiGe технологии не превышает 2-7 ГГц (фиг.5, фиг.6), в то время как быстродействие компаратора 1, реализованного на СВЧ SiGe транзисторах [28, 29] с fT=200 ГГц, позволяет работать в более широком частотном диапазоне (20÷50 ГГц).In the ADC prototype of FIG. 1, the speed of the analog section of FIG. 2 (its maximum frequency range is f in max ) is determined by
В заявляемом устройстве фиг. 3 за счет введения новых связей предельный диапазон рабочих частот аналоговой секции АЦП расширяется в 2-6 раз (фиг.5-фиг.7). Это позволяет обеспечить аналого-цифровое преобразование более высокочастотных сигналов.In the inventive device of FIG. 3 due to the introduction of new connections, the limiting range of operating frequencies of the analog section of the ADC is expanded 2-6 times (Fig.5-Fig.7). This allows for analog-to-digital conversion of higher frequency signals.
Введение последовательно с корректирующими конденсаторами 18 и 15 корректирующих резисторов (фиг.4) позволяет оптимизировать неравномерность амплитудно-частотной характеристики аналоговой части секции АЦП, что создает условия для дальнейшего расширения частотного диапазона (фиг.6, фиг.7).The introduction of corrective resistors in series with the
Таким образом, заявляемое устройство характеризуется существенными преимуществами в сравнении с прототипом по частотном диапазону обрабатываемых сигналов.Thus, the claimed device is characterized by significant advantages in comparison with the prototype in the frequency range of the processed signals.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент US 6.437.724 fig.41. Patent US 6.437.724 fig. 4
2. Патент US 6.882.2942. Patent US 6.882.294
3. Патент US 4.229.729 fig.13. US patent 4,229,729 fig. 1
4. Патент US 4.058.806 fig.2a4. Patent US 4.058.806 fig. 2a
5. Патент US 4.831.379 fig.85. Patent US 4.831.379 fig. 8
6. Патент US 5.598.161 fig.96. Patent US 5.598.161 fig. 9
7. Патентная заявка US 2010/0231430 fig.117. Patent application US 2010/0231430 fig.11
8. Патент US 4.912.469 fig.5, fig.68. US patent 4.912.469 fig. 5, fig. 6
9. Патент US 6.437.724 fig.49. US Pat. No. 6,437,724 fig. 4
10. Патент US 5.175.550 fig.210. US Pat. No. 5,175,550 fig. 2
11. Патент US 6.847.320 fig.211. US patent 6.847.320 fig.2
12. Патент US 6.882.294 fig.312. US Patent 6,882,294 fig. 3
13. Патент DE 2009/002062 fig.313. Patent DE 2009/002062 fig. 3
14. Патент US 5.307.067 fig.114. US patent 5.307.067 fig. 1
15. Патент US 4.745.393 fig.115. Patent US 4.745.393 fig. 1
16. Патент US 5.204.679 fig.116. US Patent 5.204.679 fig. 1
17. Патент US 4.719.447 fig.117. Patent US 4.719.447 fig. 1
18. Патент US 4.774.498 fig.1318. Patent US 4.774.498 fig.13
19. Патент US 4.768.016 fig.119. Patent US 4.768.016 fig. 1
20. Патент US 7.196.649 fig.120. Patent US 7.196.649 fig. 1
21. Патент US 4.752.766 fig.521. Patent US 4.752.766 fig. 5
22. Патент DE 2009/002062 fig.122. Patent DE 2009/002062 fig. 1
23. Патент US 5.231.399 fig.223. Patent US 5.231.399 fig. 2
24. Патент US 4.578.715 fig.424. Patent US 4,578.715 fig. 4
25. Патент US 4.831.379 fig.425. US patent 4.831.379 fig.4
26. Патентная заявка US 2008/03653626. Patent application US 2008/036536
27. Патент US 4.763.106 fig.127. Patent US 4.763.106 fig. 1
28. Y.Borokhovych. 4-bit, 16 GS/s ADC with new Parallel Reference Network. / Y.Borokhovych, H.Gustat, C.Scheytt // COMCAS 2009-2009 IEEE International Conference on Microwaves, Communications, Antennas and Electronic Systems28. Y. Borokhovych. 4-bit, 16 GS / s ADC with new Parallel Reference Network. / Y.Borokhovych, H. Gustat, C.Scheytt // COMCAS 2009-2009 IEEE International Conference on Microwaves, Communications, Antennas and Electronic Systems
29. Серебряков А.И. Метод повышения быстродействия параллельных АЦП. / А.И.Серебряков, Е.Б.Борохович. // Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА: Материалы научно-технической конференции. - М.: МНТОРЭС им. А.С.Попова, 2012. - С.150-155.29. Serebryakov A.I. A method for increasing the performance of parallel ADCs. / A.I. Serebryakov, E.B. Borokhovich. // Solid state electronics. Complex functional blocks of REA: Materials of a scientific and technical conference. - M.: MNTORES them. A.S. Popova, 2012 .-- S.150-155.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120163/08A RU2518997C1 (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | Ultra-high-speed parallel analogue-to-digital converter with differential input |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120163/08A RU2518997C1 (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | Ultra-high-speed parallel analogue-to-digital converter with differential input |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2518997C1 true RU2518997C1 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=51216554
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013120163/08A RU2518997C1 (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | Ultra-high-speed parallel analogue-to-digital converter with differential input |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2518997C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1550622A1 (en) * | 1987-08-24 | 1990-03-15 | Московский Инженерно-Физический Институт | Analog-digital converter |
US7394420B2 (en) * | 2005-09-12 | 2008-07-01 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co., Kg | High-speed analog/digital converter |
RU2335844C2 (en) * | 2006-09-29 | 2008-10-10 | Юрий Владимирович Агрич | Analog-to-digital converter and method of calibration thereof |
RU2341017C2 (en) * | 2006-09-29 | 2008-12-10 | Юрий Владимирович Агрич | Fast-acting analog-digital converter and method of its calibration |
DE102009002062A1 (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Ihp Gmbh - Innovations For High Performance Microelectronics / Leibniz-Institut Für Innovative Mikroelektronik | Parallel analog-to-digital converter for converting analog signal into digital signal in e.g. digital oscilloscope, has resistors and current source serially connected with each other, and output nodes connected with input of comparator |
-
2013
- 2013-04-30 RU RU2013120163/08A patent/RU2518997C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1550622A1 (en) * | 1987-08-24 | 1990-03-15 | Московский Инженерно-Физический Институт | Analog-digital converter |
US7394420B2 (en) * | 2005-09-12 | 2008-07-01 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co., Kg | High-speed analog/digital converter |
RU2335844C2 (en) * | 2006-09-29 | 2008-10-10 | Юрий Владимирович Агрич | Analog-to-digital converter and method of calibration thereof |
RU2341017C2 (en) * | 2006-09-29 | 2008-12-10 | Юрий Владимирович Агрич | Fast-acting analog-digital converter and method of its calibration |
DE102009002062A1 (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Ihp Gmbh - Innovations For High Performance Microelectronics / Leibniz-Institut Für Innovative Mikroelektronik | Parallel analog-to-digital converter for converting analog signal into digital signal in e.g. digital oscilloscope, has resistors and current source serially connected with each other, and output nodes connected with input of comparator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2022100754A1 (en) | On-chip rc oscillator, chip, and communication terminal | |
Tretter et al. | Design and characterization of a 3-bit 24-GS/s flash ADC in 28-nm low-power digital CMOS | |
US11962318B2 (en) | Calibration scheme for a non-linear ADC | |
EP2810368A1 (en) | Voltage controlled oscillator using variable capacitor and phase locked loop using the same | |
CN104702289A (en) | Successive approximation analog-digital converter and capacitance compensation circuit of comparator input tube thereof | |
Zhai et al. | High-speed and time-interleaved ADCs using additive-neural-network-based calibration for nonlinear amplitude and phase distortion | |
Tretter et al. | A 24 GS/s single-core flash ADC with 3 bit resolution in 28 nm low-power digital CMOS | |
CN112994695A (en) | High-speed low-power consumption Sigma-Delta analog-to-digital converter and digital processing unit | |
Zhao et al. | Compensation module design for overlapping band in band-interleaved data acquisition systems based on hybrid particle swarm optimization algorithm | |
US9866236B1 (en) | Appapatus and method for fast conversion, compact, ultra low power, wide supply range auxiliary digital to analog converters | |
Ma et al. | A 32.5-GS/s two-channel time-interleaved CMOS sampler with switched-source follower based track-and-hold amplifier | |
KR101960180B1 (en) | Discrete-time integrator circuit with operational amplifier gain compensation function | |
Solis et al. | A 4GS/s 8‐bit time‐interleaved SAR ADC with an energy‐efficient architecture in 130 nm CMOS | |
Wang et al. | A novel 12-bit 0.6-mW two-step coarse-fine time-to-digital converter | |
RU2518997C1 (en) | Ultra-high-speed parallel analogue-to-digital converter with differential input | |
RU2523960C1 (en) | Ultra-high-speed parallel analogue-to-digital converter with differential input | |
RU2536377C1 (en) | Ultra-high-speed parallel analogue-to-digital converter with differential input | |
RU2513716C1 (en) | High-speed analogue-to-digital converter with differential input | |
RU2535458C1 (en) | Ultra-high-speed parallel differential analogue-to-digital converter | |
Buck et al. | A 6-GS/s 9.5-b Single-Core Pipelined Folding-Interpolating ADC With 7.3 ENOB and 52.7-dBc SFDR in the Second Nyquist Band in 0.25-$\mu $ m SiGe-BiCMOS | |
RU2384936C1 (en) | Controlled two-stage differential amplifier with inphase negative feedback | |
Morozov et al. | The development of a true-type logarithmic amplifier on capacitor dividers for ADC | |
RU2321156C1 (en) | Broadband amplifier | |
Cheng et al. | High-dynamic-range programmable gain amplifier with linear-in-dB and DAC gain control | |
US9136862B2 (en) | Quantizer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150501 |