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SAR ADC cap unit

已有 639 次阅读| 2023-9-20 02:34 |个人分类:To do list|系统分类:芯片设计


https://bbs.eetop.cn/thread-454033-1-1.html

按照DNLINL定义计算相应的标准方差,二进制权重时:

单端结构:sigma(DNL)max= sqrt(2^N-1)*sigma(Cu)

差分结构:sigma(DNL)max= sqrt(2^(N+1)-2)/2*sigma(Cu)

 

一般要求绝对偏差在0.5LSB以内,那么绝对偏差为sqrt(2^11)*3*sigma<0.5(这里取3sigma保证)

单端结构3*sqrt(2^N-1)*sigma(Cu)<0.5LSBsigma(Cu)<1/(3*2*sqrt(2^N-1))

差分结构:3*qrt(2^(N+1)-2)/2*sigma(Cu)<0.5LSB

 

 为什么你这个计算和7楼的会差个 根号2 倍, 7楼是sigma<1/(3*2*sqrt(2^N-1)),而你的是sigma<1/(3*2*sqrt(2^(N-1))), 到底是取最大电容的3倍,还是取总电容的3倍?看的晕了

 

 

10bit精度要求:sigma(Cu)<0.52%

12bit精度要求:sigma(Cu)<0.26%

 

这个是理论计算的值 如果是12bit的 不用calibration 不能做到的

 

 

得到sigma0.37%,即只需要单位电容误差在千分之三以内,对于0.18um工艺,这个电容在20~30f左右,就能满足

 

 Q电容结构  分为两段高位最大有32个单位电容低位最大32个单位电容对单位电容的取值有何建议?

A66分段应该根据高位电容选择sigmaC<2^((M-1)/2-N),sigma<0.14%   3sigma<0.046%

  M=6, N=12

 

公式的选取以及mismatch的考虑方法会影响很大,电容太大会导致相应的比较器带宽很大,开关也要很大,才能保证建立,然后使得功耗也很大,最终结果是电路设计被电容拖的根本没法实现。

 

注意静态mismatch的计算时候,如果电荷重分配的电容是按照分段或者Thermal码,则DNL相应计算要减小,这样会使得cap的要求减小很多。

 

另外,mismatch的考虑方式:如果按照单个capmismatch,若干个线性叠加的话会很大,但是实际情况并不是线性叠加,而是呈正态分布,所以只要3 sigmamismatch满足就好。








1.Q: SAR ADC单位电容取值的问题

https://bbs.eetop.cn/thread-454033-1-1.html

A: 

按照DNL和INL定义计算相应的标准方差,二进制权重时:单端结构:sigma(DNL)max= sqrt(2^N-1)*sigma(Cu)

差分结构:sigma(DNL)max= sqrt(2^(N+1)-2)/2*sigma(Cu)

3*sqrt(2^N-1)*sigma(Cu)<0.5LSB,sigma(Cu)<1/(3*2*sqrt(2^N-1))

10bit精度要求:sigma(Cu)<0.52%

12bit精度要求:sigma(Cu)<0.26%



C-DAC_I_DAC_Mismatch_论文.rar

https://bbs.eetop.cn/forum.php?mod=attachment&aid=NTkwMTUxfGUxZjRlYzNlfDE2OTM0NjI2NDF8MTMxNDUyMnw0NTQwMzM%3D&ck=b6c70533


2.Q:电容mismatch最大为多少?

https://bbs.eetop.cn/thread-240586-1-1.html

A:

首先,你得看你的mismatch是由什么引起的,random mismatch,gradient or parasitical capacitor?

像randon mismatch,设计考量时可以按书上的matching要求来计算

像gradient取决于你的layout floor-plan能避免掉多少。

还有就是parasitical capacitor这种也取决于你的layout,有些是没有办法消除的。

所以在一开始计算mismatch的时候要给出足够的margin来cover最后两种固有的mismatch。

至于具体的计算方法,不同的架构R-C,C-R,all-C,还不样...


最小单位电容的失配为0.5%

这是不分段的情况。分段的情况下,总电容按上面算的最小单位电容的1024倍。




3.Q:电容阵列DAC的单位电容如何选取 ?

https://bbs.eetop.cn/thread-628628-1-1.html


A1:综合热噪声、工艺电容误差、寄生电容和开关电容的切换方式这四个方面去考量



A2:电容大,matching好,SFDR好。但是switching power大,ref buffer不好做。

现在一般都是根据thermal noise来定电容,然后用calibration来增强SFDR(>8bit)


A3:匹配、噪声、非线性和建立时间。根据具体架构定


A4:首先应该确定SAR-ADC的应用环境,是考虑高速、噪声、功耗亦或是提高电容面积效率。

一般而言,根据有效位数确定噪声分配:量化噪声、比较器噪声和电容网络的热噪声。根据噪声确定单位电容大小,此时电容的大小对应的mismatch是否满足设计要求,如果不满足,可以利用数字校正且稍微提高电容大小,满足实际INL要求。这些具体要看建模结果了。



Modelling of capacitor mismatch and non-linearity effects ini charge redistribution SAR ADCs.pdf

https://bbs.eetop.cn/forum.php?mod=attachment&aid=NjkzNjg5fDNiMzk4ZDQzfDE2OTUyMjc0NTJ8MTMxNDUyMnw2Mjg2Mjg%3D&ck=659f9b73



Behavioral model of split capacitor array DAC for use in SAR ADC design.pdf

https://bbs.eetop.cn/forum.php?mod=attachment&aid=NjkzNjkwfGU3Y2JhNTBmfDE2OTUyMjc0NTV8MTMxNDUyMnw2Mjg2Mjg%3D&ck=30bae95b


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