Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

material1 / different / Chung-Yu Wu - Analog Circuit Design

.pdf
Скачиваний:
51
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
29.49 Mб
Скачать

13-15

CHUNG-YU WU

2. DE1

REF HI

REF LO

 

 

 

+

-

RINT

CINT

 

 

 

 

+ -

 

 

 

-

-

 

 

 

+

 

 

 

+

 

COMMON

 

 

C3

 

 

 

 

 

 

100p

 

 

 

 

+

+

-

-

3. REST (INT2)

REF HI

REF LO

CREF

RINT

-

+

COMMON

IN LO

 

 

CINT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

V -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

C3

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V Residual Voltage

 

 

 

 

4.

× 10 (INT2)

 

 

 

 

 

RINT

10 V

 

 

 

 

-

+

 

 

 

-

CINT

10

V

 

 

-

 

+

-

+

 

+

 

 

 

 

+

 

C2 10p

+

 

COMMON

C3 100p

-

 

 

-

 

 

 

 

 

 

IN LO

 

 

 

 

13-16

CHUNG-YU WU

5.DE2 (The same as DE1), DV' : residual voltage

6.INT(ZI)

RINT

CINT

 

-

 

 

-

 

+

+

 

+

C3

+

 

100p

-

 

-

IN LO

 

 

The final residual voltage DV' is effectively reduced to 1 of the original 10

residual voltage without amplification.

Þ accuracy -

13-17

CHUNG-YU WU

§13-4 Algorithmic ADC

Refs: 1. IEEE ISSCC, Digest of Papers, pp. 96-97, 1977

* 2. IEEE JSSC, vol. 31, no. 8, pp. 1201-1207, Aug. 1996

Sample/Hold

 

 

Vin

 

Comparator

 

 

S/H

 

-

V(i)

 

Comp.

 

multiplier

+

 

B(i)

 

 

 

x2

 

+

 

-

+ Vref

Σ

- Vref

The conceptual block diagram of the algorithmic A/D converter

*The speed is limited by the settling time of OP AMPs used to implement the multiplier.

*For audio ADC applications, it could reach low-power low-voltage operation.

*Major error sources: (1) Capacitor ratio mismatches if SC circuits are used.

(2)Finite-gain error of OP amps.

(3)Offset voltage of OP amps.

(4)Capacitor feedthrough error by switches if SC circuits are used.

13-18

CHUNG-YU WU

Complete circuit of the ratio-independent and gain-insensitive algorithmic

ADCs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+2

 

 

 

 

 

 

 

 

1+2+3+4+5

 

1+2+3+4

 

 

 

2

 

C3

S4

C4

5

 

 

 

3+4+6+7

C7

 

 

 

 

C2

 

 

 

 

 

8*1

 

 

 

(B)

 

S6 3+6

 

 

 

 

S2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S3 3+4+6+7

 

 

 

8

1+2

 

S1

5

 

 

 

 

 

 

 

(C)

 

 

Vin

 

 

 

 

 

 

 

 

(A)

-

Vref

 

 

-

 

 

 

C1

OP1

 

3+4+6+7

OP2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

S5

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3+4+5+6+7

 

C5

 

 

C6

3+7

 

 

 

 

 

 

3+4+7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b8*1

 

3+6

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b8(1+2)

 

6+7+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

C8

 

S7

 

Latch

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(D)

-

 

 

 

 

 

 

7+1

comp.

 

+

Q

bBit

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

Q

Bit

 

 

switch

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The complete circuit of the A/D converter

Clock waveforms:

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

1

 

8

13-19

CHUNG-YU WU

Operational principles:

Step 1:

 

C2

 

 

 

 

8*1

 

 

 

 

 

Vin

C1

C3

C7

C4

 

-

 

 

-

 

8

OP1

 

 

OP2

Vy(1)

 

+

 

 

+

 

 

b8*1

C5

 

C6

 

 

b8*1

 

 

 

 

æ

 

13A +20

 

13A +27

ö

æ

7A+8

 

7A +9

ö

Vy(1)

2 -

+

÷Vx (3)

1-

+

÷Vref

 

 

ç

 

( A +2)

2

 

(A +3)

2

÷

ç

(A +2)

2

 

( A+3)

2

÷

è

 

 

 

 

ø

è

 

 

 

ø

Step 2:

C2

 

 

 

 

 

C1

 

C3

C7

C4

 

Vin

-

 

 

-

 

8

 

OP1

 

OP2

Vy(2)

 

+

Vx(2)

 

+

 

 

 

C5

 

C6

 

b8*2

 

 

 

 

 

to Comp.

 

 

 

 

 

Vx (2) @ Vin / (1+2/A)

Step 3:

C2

C4

 

C1

 

-

 

 

OP1

+

Vx(3)

C3

C7

 

-

 

OP2

 

+

C5

C6

Vx (3) @ Vin [1-2/(A2+3A+2)]

13-20

CHUNG-YU WU

Step 4:

C2

C4

 

 

-

C1

OP1

+

 

Vref

C3

C7

 

 

-

Vy(4)

 

OP2

 

 

 

+

 

C5

C6

 

Vy (4) CC56 (Vx (3)− Vref )(1+3/ A)

Step 5:

C2

C4

 

C1

C3

C7

 

-

 

-

 

OP1

Vref

OP2

Vy(5)

+

 

+

 

 

 

C5

C6

 

Vy (5) CC43( Vx (3)− Vref )[1+6 /(A 2 +5A)]

Step 6:

C2

C4

 

C1

C3

C7

 

-

-

 

OP1

OP2

 

+

+

 

C5

C6

Step7:

C2

C1

-

OP1

+

13-21

CHUNG-YU WU

C4

C3

C7

 

 

-

Vy(7)

 

OP2

 

 

 

+

 

C5

C6

 

Vy(7)

2

 

2

 

(2−

 

)Vx (3)

−(1−

 

)Vref

A +3

A+ 3

1+3/A

Fully differential circuits:

Vin+

 

 

- +

Vref+(-)

- +

OP1

Vref-(+)

OP2

+ -

+ -

Latch

- + + - bBit

comp.

+ -

- +

Bit

Vin-

The complete fully-differential circuit of the A/D converter

The folded-cascode fully-differential operational amplifier.

VDD

Vin-

m1

m3

VSS

m12

m13

m4

m5

 

m6

m7

 

Vo+ Vo-

Vin+

 

m8

m9

m2

 

m10

m11

m14

m15

13-22

CHUNG-YU WU

VB1

VB2

VB3

VB4

Chip photograph of the A/D converter.

13-23

CHUNG-YU WU

A typical plot of the differential nonlinearity.

A typical plot of the integral nonlinearity.

13-24

CHUNG-YU WU

A typical FFT plot of the A/D converter.

Table I The Experimental results of the proposed A/D converter.

Resolution

14 bits

Differential nonlinearity

±

1/2 LSB

Integral nonlinearity

±

1 LSB

Sampling frequency

10 KHz

Gain of op amp

60 dB

Power dissipation

50 mWatts

Supply voltage

± 2.5 V

Process

0.8 μm CMOS

Chip active area

2.1mm × 0.8mm

 

 

 

Соседние файлы в папке different