1. 引言
近年来,无线网络和医疗传感器获得飞速的发展,中高精度、低功耗 ADC 作为其核
心部分一直受到广泛关注.SAR ADC 作为低功耗的主要代表,经过近几年的发展得到了广
泛应用
[1]
.但由于其结构,在中高精度和高精度 SAR ADC 的设计中,比较器失调、参考电
压的抖动与失配等诸多因素的影响越来越严重,从而使其性能大幅下降
[2]
.增加冗余位可以
有效降低这些因素的影响,但传统的做法大大增加了面积和功耗,同时输入信号的输入范
围会随着冗余电容的增加而减小
[3]
.
本文设计了一款 12 bit 100 KS/s SAR ADC,采用二进制缩放重组的技术实现电容加
权,在未增加额外的冗余电容的情况下,实现了校准的功能,提高了面积和能耗效率,同
时,未引起输入信号输入范围的减小.
2. 传统二进制冗余校准方法
在传统二进制冗余校正 SAR ADC 中,通常是将额外的二进制比例电容插入到 DAC
中
[4]
,通过补偿额外的转换周期,消除 DAC 建立时间不足、比较器的失调以及参考电压的
失配等因素导致的量化误差.
图 1 所示为传统的二进制冗余校准方法,(a)为正确的切换过程,(b)中 B1 码的产生发
生了错误切换,但通过冗余电容产生的冗余码 B1C 对高位进行校准,最终得到了正确的量
化输出.该校准方法是刘纯成
[5]
等人率先提出的,虽然该方法具有不错的校正能力,但额外
的冗余电容大大增加了 SAR ADC 的面积和功耗,而且,对于 N 位的 SAR ADC,假设
DAC 总电容为 C
1
,加入冗余电容之后的总电容为 C
2
,参考电压为 V
ref
,则 SAR ADC 能够
量化的最大的输入信号范围为 C
1
/C
2
V
ref
(C
1
<C
2
)
[3]
,随着冗余电容的增加,输入信号的范围
不断减小,而小摆幅的输入信号将严重影响 SAR ADC 的性能.
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