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저전력 복합 스위칭 기반의 0.16㎟ 12b 30MS/s 0.18um CMOS SAR ADC

신희욱;정종민;안태지;박준상;이승훈
Shin, Hee-Wook;Jeong, Jong-Min;An, Tai-Ji;Park, Jun-Sang;Lee, Seung-Hoon

  • 투고 : 2016.04.21
  • 심사 : 2016.07.03
  • 발행 : 2016.07.25

초록

본 논문에서는 저전력 복합 스위칭 기법을 기반으로 하여 $0.16mm^2$의 면적을 가지는 12비트 30MS/s SAR ADC를 제안한다. 제안하는 ADC에 적용된 복합 스위칭 기법은 기존의 monotonic 스위칭 기법에 $V_{CM}$ 기반의 스위칭 기법을 접목한 것으로써 SAR ADC의 선형성을 제한하는 동적 오프셋 문제를 최소화하는 동시에 평균 스위칭 전력소모도 최소화할 수 있다. 제안하는 C-R 하이브리드 DAC 회로에는 균등 분할 커패시터 구조 및 기준전압 레인지 스케일링 기법을 적용하여 입력신호와 기준전압의 범위를 일치시키면서 12비트 해상도에서 사용되는 단위 커패시터의 총 개수를 64개로 줄이는 동시에 효율적으로 $V_{CM}$ 기반의 스위칭을 수행하여 전체적인 회로를 간소화하였다. 한편, 제안하는 SAR ADC의 SAR 논리회로에는 D 플립플롭 기반이 아닌 래치구조의 레지스터를 사용하여 빠르고 안정적인 SAR 동작을 구현하였으며, 출력 값을 디코더 논리회로 없이 DAC의 스위치에 직접 인가하여 면적 및 전력소모를 줄였다. 제안하는 SAR ADC는 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 12비트 해상도에서 각각 최대 0.85LSB, 2.53LSB이고, 30MS/s 동작속도에서 동적성능은 최대 59.33dB의 SNDR 및 69.83dB의 SFDR을 보인다. 제안하는 시제품 ADC는 1.8V 전원전압에서 2.25mW의 전력을 소모한다.

키워드

복합 스위칭;기준전압 레인지 스케일링;C-R 하이브리드 DAC;래치구조 레지스터

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