[發明專利]一種基于雙輸入比較器的二階全無源噪聲整形SAR ADC

有效

• 申請號: 202110979375.7
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113676181B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 吳建輝;孫志偉;黃毅;魏曉彤;張力振;李紅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03M1/08
• 分類號: H03M1/08;H03M1/46
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

本發明公開了一種基于雙輸入比較器的二階全無源噪聲整形SAR ADC，包括基本的SAR ADC模塊和余量處理電路所述余量處理電路包括四個余量采樣電容、第一次積分電容、第二次積分電容、時鐘以及各電容對應的控制開關；通過不同電容對應的開關來控制余量電壓的積分以及無源信號?積分電壓的求和，從而達到單支路實現二階無源噪聲整形效果。這種無源結構可以降低功耗，同時無源結構能夠使得最終噪聲傳遞函數系數由電容比例確定，所以電路整體PVT穩定性更高；由于利用單個支路實現二階整形，所以降低了比較器的噪聲和設計要求。考慮到無源積分增益損失，結構中還包含二倍的無源增益來補償增益損失，從而保證較高的整形效果。

技術領域

本發明涉及一種基于雙輸入比較器的二階全無源噪聲整形SAR ADC，屬于無源噪聲整形SAR ADC技術領域。

背景技術

SAR ADC憑借中等分辨率以及低功耗的特點而受到廣泛運用，但是由于其內部比較器噪聲和量化噪聲，使得SAR ADC的分辨率受到限制，為了降低SAR ADC帶寬內量化噪聲和比較器噪聲對其精度的影響，噪聲整形作為比較流行的技術可以有效降低帶寬內噪聲功率，提高SAR ADC的分辨率。

在已有的研究中，噪聲整形的方式主要包括有源噪聲整形和無源噪聲整形，有源噪聲整形SAR ADC^[1]利用運放對余量電壓進行放大，然后進行積分，這樣處理的優點在于可以實現較好的噪聲傳遞函數，達到比較好的噪聲整形效果，但是引入運放會帶來功耗的提升以及降低整體電路PVT的穩定性。采用無源噪聲整形方式^[2]可以降低電路的功耗，同時無源積分使得所設計的噪聲傳遞函數系數由電容比值確定，因此電路的PVT穩定性較高，但是無源積分存在增益損失，所以整形的效果比有源方式差一些。無論是有源方式還是無源方式，傳統一階噪聲整形SAR ADC需要額外的一個比較器輸入對實現輸入信號與積分結果求和，為了達到比一階更好的整形效果，往往會設計出二階噪聲整形電路，對于傳統二階噪聲整形電路^[3]，則額外需要兩個比較器輸入對，這樣就會產生更多熱噪聲，同時為了彌補無源積分增益損失，比較器輸入對管尺寸需要進行一定的放大，導致回踢噪聲增加，這樣對于最終的整形效果會產生一定的負面影響。針對傳統整形結構引入多輸入比較器的問題，基于雙輸入比較器的無源噪聲整形結構也被提出^[4]，但只是一階無源噪聲整形，所以SAR ADC精度并不高。

[1]C.-C.Liu and M.-C.Huang,“A 0.46mW 5MHz-BW 79.7dB-SNDR noise-shaping SAR ADC with dynamic-amplififier-based FIR-IIR fifilter,”in IEEEInt.Solid-State Circuits Conf.(ISSCC)Dig.Tech.Papers,Feb.2017,pp.466–467.

[2]W.Guo,N.Sun,‘A 13b-ENOB 173dB-FoM 2nd-order NS SAR ADC withpassive integrators,’IEEE Symp.VLSI Circuits,pp.236-237,June 2017.

[3]H.Zhuang,W.Guo,J.Liu,H.Tang,Z.Zhu,L.Chen,and N.Sun,“A Second-OrderNoise-Shaping SAR ADC With Passive Integrator and Tri-Level Voting,”IeeeJournal of Solid-State Circuits,vol.54,no.6,pp.1636-1647,Jun,2019.