高速互補式金氧半類比數位轉換器設計

Abstract

在這個逐漸數位化的世界, 作為類比系統與數位系統之間的類比數位轉換器是不可或 缺的。由於近年來數位電視系統急速地發展, 需求量最大的類比數位轉換器, 其工作 頻率從以前的數百千赫玆( 音頻範圍 )提升到了數百萬赫玆( 視頻範圍 )。傳統上, 高速的互補式金氧半類比數位轉換器都是以并行的架構來設計的。這種架構有不少缺 點, 像是消耗過多的功率, 過大的品片面積, 以及過於復雜的線路等等。在這篇論文 里, 我們采用了一種新的架構以避免并行架構的種種問題。 我們所采用的架構是混合了管流式及時間交絡式的觀念, 基於此一架構提出了一個連 續近似式的類比數位轉換器陣列。以期能達到和并行架構同樣的速度, 而線路復雜度 則大為降低。整個線路是以開關電容的技術來完成的。基元電路采用了一個新的演算 法, 而使得單一的參考電壓處理單元能被8 個輸入信號處理單元所共用。由於整個系 統只用了一個參考電壓處理單元, 我們可以對它采用較為昂貴的技術像是電容微調校 正等等, 以達到較高的精確度。至於輸信號處理單元, 因為它特殊的開關電容電路對 於一些不理想狀況, 像是電容比值不匹配或是運算放大器的有限增益等等, 都并不敏 感, 因此不需要用特殊的技術去校正。如果我們想增加解析度到8 位元以上, 傳統的 并行架構其所消耗的功率和晶片面積將會隨著位元數成指數型式增加, 而本論文所提 出的架構卻只會成線性增加而已。這點對於以超大型積體電路技術來實現更高解析度 的類比數位轉換器而言, 是相當重要的。