容量DAC寄生容量SAR

Matsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnologyMatsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnology容量DACの寄生容量がSARADCの精度に与える影響の検討◎ヴミンコア,宮原正也,岡田健一,松澤昭東京工業大学大学院理工学研究科電子物理工学専攻2Matsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnologyMatsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnology2008/09/17K.Vu,TokyoTech.発表内容•研究背景•SARADCの概要•SARADCの課題•まとめ3Matsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnologyMatsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnology2008/09/17K.Vu,TokyoTech.研究背景近年アナログデジタル混載システムの発達と共に、アナログ・デジタル変換器(ADC)の更なる高性能化が望まれている。逐次比較型ADC(SARADC)は容量DAC及び簡単なロジックで構成でき、低消費電力動作が可能なADCとして注目を浴びている。4Matsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnologyMatsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnology2008/09/17K.Vu,TokyoTech.SARADCの概要メリット低消費電力入力範囲大高分解能デメリット低速大面積SAR=SuccessiveApproximationRegisterDAC+S/HSARLogicVDACAnalogInputDigitalOutputComp.Outb0=0b1=1b2=0b3=0b4=1b5=0VDACVIN時間UsingBinarySearchOUTPUTCODE=0100105Matsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnologyMatsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnology2008/09/17K.Vu,TokyoTech.C2CC2C(2-1)CCsComparatorVrefVinmn(2-1)CC2CCComparatorVrefVin(2-1)CN(2-2)CN4CSARADCの課題CuN2•Cuは最小の容量値•N=m+n)Cu2(2nmmnトータル容量値N2-StageWeightedCapacitorDAC⇒小面積化2-StageWCDACは小面積だが、容量アレイの寄生容量により精度を劣化する恐れがある。N=10ビット⇒1024Cu64Cu6Matsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnologyMatsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnology2008/09/17K.Vu,TokyoTech.C2CC2C(2-1)CCsComparatorVrefVinmn(2-1)C寄生容量とDNL特性　　1)21(k121)k(22]LSB[DNLnnmnmmax)21β(12knnDNLはβ、m、nの関数で表され、αに依存しないDNL＝微分非線形性DNL小さい方がADCの性能はよいαCβCIDEALIDEALjACTUAL,jWidthWidthWidthDNL7Matsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnologyMatsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnology2008/09/17K.Vu,TokyoTech.00.20.40.60.811.2012345678910mDNLmax[LSB]0100200300400500600Ctot/CC2CC2C(2-1)CCsComparatorVrefVinmn(2-1)C寄生容量とDNL特性β大面積βが増加する⇒DNL特性が劣化するmを大きくすることでDNLの劣化を抑制可能トータルの容量値の最小点は(m+n)/2⇒精度と面積のトレードオフとなる面積最小点βCmDNLmax[LSB]β=1.0β=0.5β=0.18Matsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnologyMatsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnology2008/09/17K.Vu,TokyoTech.0510152025303540012345678910mGainError[%]C2CC2C(2-1)CCsComparatorVrefVinmn(2-1)C寄生容量とゲインエラー特性α大αはADCの精度に影響を与えないαが増加する⇒DACの出力範囲小さくなる⇒コンパレータの感度に対する要求が厳しくなるmを増加することでゲインエラーの劣化を抑制可能αCゲインエラー＝理想的な場合からずれた伝達関数の傾きmGainError[%]α=1.0α=0.5α=0.19Matsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnologyMatsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnology2008/09/17K.Vu,TokyoTech.まとめ寄生容量が2-StageWCDACの線形特性及びゲインエラー特性に与える影響について検討したLSBアレイに単位容量の0.5倍の寄生容量が付くと、DACのDNLは約0.5LSB劣化する。MSBアレイにおける寄生容量はADCの精度に直接影響を与えないが、DACの出力を小さくさせるためコンパレータの感度に対する要求を厳しくする。単位容量の0.5倍の寄生容量が付くと、約1.7%のゲインエラーが発生する。mを大きくすることによりDNLとゲインエラー特性を改善させることが可能であるが、容量面積を増えさせるため精度と面積のトレードオフとなる。10Matsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnologyMatsuzawa&OkadaLab.MatsuzawaLab.TokyoInstituteofTechnology2008/09/17K.Vu,TokyoTech.END