低功耗高速逐次逼近型模数转换器关键设计技术研究

This project studies the key design techniques for the high-speed medium-resolution Analog-to-Digital converters，based on the nanometer standard CMOS technology. Study on architecture of the capacitive Digital-to-Analog converter and the linearity calibration algorithm will be done to realize the optimization of the voltage settling speed for the capacitive Digital-to-Analog converter; study on the relationship between the open-loop current-repli technique and the settling speed of the on-chip voltage reference will be done, to break through the limitation of settling speed on the throughput of the converter; study on the influence of the low fan-in control logic will be done to improve the comparison speed of the comparator; study on the relationship between the clock jitter/clock skew and the conversion precision will be done, and the corresponding realization strategies will be also studied; study on the comparison-period dynamic-adjustment technique will be done to optimize the throughput of the converter. Finally, chip samples of the high-speed medium-resolution Analog-to-Digital converters will be developed, to provide technical reference for the engineering purpose. The project will apply for 3 patents, and publish 6-8 papers, of which the SCI journal papers will be more than 3.

本项目将基于纳米级标准CMOS工艺，对优化高速中等精度逐次逼近型模数转换器数据转换率的关键技术进行系统研究。研究电容型数模转换器的架构及线性度校准算法，实现对电容型数模转换器电压建立速度的优化；研究开环电流复制技术与片内参考源电压恢复速度的关系，突破参考源电压恢复速度对逐次逼近型模数转换器的数据转换率的制约；研究低扇入控制逻辑，实现对比较器比较速度的优化；研究采样时钟的抖动及漂移对转换精度的影响，探索低抖动、低漂移采样时钟的设计实现方法；研究比较周期动态调整技术对模数转换器数据转换率的影响，探索比较周期动态调整的不同实现策略。通过系统的研究和探索，最终研制高速中等精度逐次逼近型模数转换器验证芯片样品，为高速中等精度逐次逼近型模数转换器工程化提供技术参考。项目预期申请专利3项，发表论文6-8篇，其中SCI论文3篇以上。

高速模数转换器是光通信、安全监测和信号测试等电子系统的关键部件，其转换速度和分辨率是决定其性能和应用范围的核心技术指标。本项目基于纳米级标准CMOS工艺，对优化高速中等精度逐次逼近型模数转换器数据转换率的关键技术进行系统研究，成功实现了一款10bit、200MS/s的高速SAR ADC，并对关键技术完成了系统研究，具体研究内容包括：研究电容型数模转换器的架构及线性度校准算法，实现对电容型数模转换器电压建立速度的优化；研究开环电流复制技术与片内参考源电压恢复速度的关系，突破参考源电压恢复速度对逐次逼近型模数转换器的数据转换率的制约；研究低扇入控制逻辑，实现对比较器比较速度的优化；研究采样时钟的抖动及漂移对转换精度的影响，探索低抖动、低漂移采样时钟的设计实现算法；研究比较周期动态调整技术对模数转换器数据转换率的影响，探索比较周期动态调整的不同实现策略。通过系统的研究和探索，最终研制高速中等精度逐次逼近型模数转换器验证芯片样品，为高速中等精度逐次逼近型模数转换器工程化提供技术参考。截止到项目结题为止，成功申请专利7项，发表SCI论文论文12篇。