基于混合型ADC的高精度温度传感器研制

介绍了一种基于0.18μm CMOS工艺的高精度数字式温度传感器电路。在感温前端模块,通过利用动态匹配技术与斩波技术,并采用混合型一阶sigma-delta/SAR型ADC,在降低功耗的同时实现更高的分辨率,提高温度传感器的采样精度。经过仿真及测试验证,提出的基于混合型ADC的高精度数字式温度传感器电路,提供16 bit温度结果,应用时无需校准即可在-25~55℃的温度范围内达到±0.1℃精度。通过使能控制,极大程度地减少自发热对测温精度的影响,在1.7~5.5 V的电压范围内,电流最大值仅为5μA。在达到高精度的同时,降低了成本与功耗。

一种10位高速Pipeline-SAR混合型ADC设计

基于180 nm CMOS工艺,设计了一种无残差放大的10位100 MS/s流水线与逐次逼近混合型ADC。采用两级流水线-逐次逼近混合型结构,第一级完成4位粗量化转换,第二级完成6位细量化转换。为了降低整体电路功耗,采用单调式电容控制切换方式,两级之间残差电压采用采样开关电荷共享方式实现。采用异步时序控制逻辑,进一步提升了能量利用率和转换速度。后仿真结果表明,在100 MS/s奈奎斯特采样率下,有效位数为9.39 bit,信噪失真比为58.34 dB,1.8 V电源电压下整体功耗为5.9 mW。

面向高帧率CMOS图像传感器的12位列级全差分SAR/SS ADC设计

针对高帧率CMOS图像传感器的应用需求,提出一种结合逐次逼近型(Successive Approximation Register,SAR)和单斜坡(Single Slope,SS)结构的混合型模拟数字转换器(Analog to Digital Converter,ADC)。该ADC的分辨率为12位,其中SAR ADC实现高6位量化,SS ADC实现低6位量化。该ADC采用了全差分结构消除采样开关的固定失调并减少非线性误差,同时在SAR ADC中采用了异步逻辑电路进一步缩短转换周期。采用110 nm 1P4M CMOS工艺对该电路进行了设计和版图实现,后仿真结果表明,在20 MHz的时钟下,转换周期仅为3.3μs,无杂散动态范围为77.12 dB,信噪失真比为67.38 dB,有效位数为10.90位。

基于SAR-SS架构的图像传感器专用高速列级ADC设计

针对图像传感器中传统列级模数转换器(ADC)难以实现高帧频的问题,提出了一种由逐次逼近寄存器型(SAR)ADC和单斜坡型(SS)ADC组成的混合型高速列级ADC,使转换周期相较于传统的SS ADC缩短约97%;利用SAR ADC的电容实现像素的相关双采样(CDS),在模拟域做差,使CDS的量化时间缩短至一个转换周期,进一步提高了ADC的量化速度;为了保证列级ADC的线性度,提出了一种1 bit冗余算法,可实现+0.13/-0.12 LSB的微分非线性和+0.18/-0.93 LSB的积分非线性。基于180 nm CMOS工艺的仿真结果表明,该列级ADC在50 MHz时钟下,转换周期仅为1μs,无杂散动态范围为73.50 dB,信噪失真比为66.65 dB,有效位数为10.78 bit。