SARADC设计考虑
高分辨率级联电容阵列SARADC可行性分析
高分辨率级联电容阵列SARADC可行性分析高分辨率级联电容阵列SARADC（Successive ApproximationRegister Analog-to-Digital Converter）是一种有效的数据转换器，广泛应用于信号处理和通信系统中。
在本文中，将对高分辨率级联电容阵列SARADC的可行性进行分析。
首先，高分辨率级联电容阵列SARADC具有较高的转换精度。
传统的SARADC通常采用二进制算法，通过逐位逼近的方式来实现高精度的模拟到数字转换。
然而，由于电容阵列的级联结构，高分辨率级联电容阵列SARADC能够利用器件间的互补性，通过微调电容的方式来提高转换精度。
因此，相比传统SARADC，高分辨率级联电容阵列SARADC具有更高的精度，能够满足对转换精度要求较高的应用场景。
其次，高分辨率级联电容阵列SARADC具有较低的功耗。
传统的SARADC通常采用并行比较器结构，每个比较器都需要消耗较大的功率。
然而，高分辨率级联电容阵列SARADC采用级联电容结构，每个比较器只需要处理一个微小的电容变化，因此功耗较低。
此外，高分辨率级联电容阵列SARADC还可以利用子小电容和交叉连接电容来实现微调，进一步降低功耗。
因此，高分辨率级联电容阵列SARADC在低功耗要求的应用场景具有较大的优势。
再次，高分辨率级联电容阵列SARADC具有较高的采样速率。
由于电容阵列的级联结构，高分辨率级联电容阵列SARADC可以将采样速率提高到很高的水平。
例如，可以将每个子电容的电荷转移到下一个电容并忽略主电容的移动，从而实现更高的采样速率。
因此，高分辨率级联电容阵列SARADC可以满足对高采样速率要求的应用场景，例如高速数据采集和实时信号处理。
最后，高分辨率级联电容阵列SARADC具有较小的面积和较简单的设计。
传统的SARADC通常需要大量的比较器和开关电容来实现高精度的模拟到数字转换。
然而，高分辨率级联电容阵列SARADC采用电容阵列结构，可以将电容的个数减少到较小的水平。
设计SARADC驱动电路第一部分ADC工作原理详解
设计SARADC驱动电路第一部分ADC工作原理详解
SAR ADC（Successive Approximation Register 成功逼近寄存器）是一种常用的数字电路，它可以将模拟信号转换为数字信号。
借助于它，可以实现模拟-数字的转换，并且可以同时采集多个模拟信号。
SAR ADC 会根据以上信号的不同来决定其最终的输出，其最终输出是基于输入模拟信号的比较来决定的。
一个SARADC一般由一个模拟前端，一个成功逼近寄存器和一个比较器构成。
模拟前端的功能是将输入模拟信号转换为一个标准的参考值，例如一个标准的电压参考值。
成功逼近寄存器会将这个标准参考值分解成一系列二进制位，从而估计出输入信号的数字输出。
最后，比较器会将这个数字结果与输入模拟信号进行比较，以确定最终的输出结果。
SARADC具有较高的抗干扰能力，转换精度也比较高，因此它被广泛应用于通信、测量、检测等领域中。
接下来，让我们来具体看一下SARADC的工作原理。
一个SARADC的工作原理如下：
1.首先，输入模拟信号被一个模拟前端转换为一个标准的参考值，例如一个标准的电压参考值。
2.然后，这个参考值被一个成功逼近寄存器分解成一系列二进制位，并估计出输入信号的数字输出。
3.最后，比较器会将这个数字结果与输入模拟信号进行比较，以确定最终的输出结果。
sar adc的控制逻辑电路
sar adc的控制逻辑电路摘要：1.引言2.sar adc 的工作原理3.sar adc 的控制逻辑电路设计4.控制逻辑电路的工作流程5.总结正文：1.引言在当今的数字电子技术中，模数转换器（ADC）是至关重要的组成部分。
其中，串行接口的逐次逼近型（SAR）模数转换器广泛应用于各种领域。
SAR ADC 具有高速、高精度和低功耗等特点，但它的性能在很大程度上取决于控制逻辑电路的设计。
本文将详细介绍SAR ADC 的控制逻辑电路。
2.SAR ADC 的工作原理SAR ADC 的工作原理是通过逐次逼近的方式，将模拟信号转换为数字信号。
在转换过程中，比较器对输入信号与参考电压进行比较，产生阶梯信号。
控制逻辑电路根据阶梯信号，对SAR ADC 的内部状态进行控制，完成模数转换。
3.SAR ADC 的控制逻辑电路设计SAR ADC 的控制逻辑电路主要包括时钟控制、数据锁存、地址选择和驱动等部分。
时钟控制部分负责产生所需的时钟信号，为整个SAR ADC 提供同步；数据锁存部分用于锁存输入信号，保证数据在传输过程中的稳定性；地址选择部分用于选择需要转换的模拟信号通道；驱动部分负责将控制信号传输至SAR ADC 的各个部分，实现对ADC 的控制。
4.控制逻辑电路的工作流程SAR ADC 的控制逻辑电路工作流程如下：（1）初始化：根据输入信号的幅度和分辨率要求，配置SAR ADC 的相关参数，如基准电压、比较器增益等。
（2）时钟控制：产生所需的时钟信号，为SAR ADC 提供同步。
（3）数据锁存：将输入信号锁存，以保证数据在传输过程中的稳定性。
（4）地址选择：根据需要转换的模拟信号通道，选择相应的地址。
（5）驱动：将控制信号传输至SAR ADC 的各个部分，实现对ADC 的控制。
（6）模数转换：在控制逻辑电路的驱动下，SAR ADC 开始进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号。
5.总结SAR ADC 的控制逻辑电路是整个模数转换器的关键部分，影响着SAR ADC 的性能。
低功耗SAR结构ADC的研究与设计的开题报告
低功耗SAR结构ADC的研究与设计的开题报告
一、选题背景
模数转换器(ADC)在信号处理系统中的应用广泛，但高带宽和高分辨率的ADC通常需要高功耗和大面积的芯片设计，这对于某些特殊场合的低功耗或者嵌入式应用来说是不可接受的。
因此设计一种低功耗的ADC 结构非常有必要。
逐次逼近调制(ADC)是一种常用的ADC结构，分别采用积分脉冲宽度调制器(PWM)和逐次逼近寄存器(ASR)来实现。
但是这种结构对于高带宽和高分辨率要求的系统来说，速度和精度很难同时满足。
同时逐次逼近调制(SAR)是一种比较流行的ADC结构，它有很好的噪声抑制能力和低功耗特性，但是它也有一些限制，例如需要高精度和可靠的参考电压和时钟源，同时相对于其他结构，SAR的设计更具有挑战性。
基于以上背景，本文旨在研究和设计一种低功耗SAR ADC结构，以解决高带宽和高分辨率的特殊场合需要的低功耗ADC的问题。
二、研究内容
1、SAR原理及特点
2、低功耗SAR ADC结构设计与优化
3、电路设计和仿真
4、性能评估和测试
三、预期成果
本研究的成果预期包括低功耗SAR ADC的设计和优化，电路的实现和性能评估，同时根据测试结果进行结论总结和分析。
四、研究难点
1、低功耗ADC的设计和优化
2、参考电压和时钟的设计和优化
3、电路实现和测试
五、研究意义
本研究的意义在于提供一种新的低功耗ADC结构，以满足高带宽和高分辨率的特殊场合需要的低功耗ADC的需求。
同时，本研究还将为实际应用提供有价值的参考和指导。
saradc的参考电压
saradc的参考电压
【原创版】
目录
1.SAR ADC 的概述
2.SAR ADC 的参考电压选择原则
3.几种常见的 SAR ADC 参考电压设计方法
4.总结
正文
一、SAR ADC 的概述
SAR（Successive Approximation Register）ADC 是一种串行输出的模数转换器，通过逐步逼近的方式将模拟信号转换为数字信号。
它具有较高的转换精度和较低的功耗，广泛应用于各种电子设备中。
二、SAR ADC 的参考电压选择原则
在 SAR ADC 的设计中，参考电压的选择至关重要，因为它直接影响到转换的精度和速度。
参考电压的选取需要遵循以下几个原则：
1.保证足够的转换精度
2.尽量降低功耗
3.参考电压应稳定且易于产生
三、几种常见的 SAR ADC 参考电压设计方法
1.采用基准电压源
基准电压源是一种常用的 SAR ADC 参考电压设计方法，具有精度高、稳定性好的优点。
但基准电压源的功耗相对较高，对于低功耗应用场景不太适用。
2.采用带隙电压源
带隙电压源是另一种常用的 SAR ADC 参考电压设计方法，具有低功耗、易于产生的优点。
但带隙电压源的精度和稳定性相对较差，可能影响转换精度。
3.采用充电泵
充电泵是一种能够提供稳定、精确电压的电源电路，也可以用于 SAR ADC 的参考电压设计。
但充电泵的电路复杂度较高，可能会增加设计难度和成本。
四、总结
SAR ADC 的参考电压设计需要综合考虑转换精度、功耗和稳定性等因素，选择合适的参考电压源。
16位sar adc数字校准算法及数字电路设计
16位sar adc数字校准算法及数字电路设计16位SAR ADC数字校准算法及数字电路设计1. 前言16位SAR ADC（Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter）是一种高精度、高速度的模数转换器，广泛应用于工业控制、医疗仪器、通信设备等领域。
数字校准算法和数字电路设计对于提高16位SAR ADC的性能至关重要。
2. SAR ADC工作原理SAR ADC是一种逐次逼近寄存器型模数转换器，其工作原理是通过逐步逼近对模拟输入信号进行量化。
SAR ADC将输入信号与一个DAC （数模转换器）的输出进行比较，得到一个比较结果，然后将这个比较结果送入一个寄存器中进行逐位逼近。
每次比较完成后，SAR ADC 会得到一个近似的数字输出，经过多次迭代后，得到最终的数字输出结果。
3. SAR ADC数字校准算法为了提高16位SAR ADC的精度和稳定性，数字校准算法至关重要。
数字校准算法主要包括零点和增益校准两个方面。
在零点校准中，通过降低输入失调和增益误差，减小偏差并消除误差。
在增益校准中，通过修正不稳定的增益和零点漂移，提高转换器的稳定性。
4. 数字电路设计16位SAR ADC的数字电路设计需要考虑多个方面，包括输入电路设计、时序分析、功耗优化等。
在输入电路设计中，需要考虑输入阻抗匹配、信号放大和滤波等问题。
时序分析则需要确保各个模块之间的数据传输和控制信号的正确性和稳定性。
另外，功耗优化也是数字电路设计的重要任务，需要合理布局电路结构、选择合适的工艺参数和优化布线等。
5. 个人观点和理解对于16位SAR ADC数字校准算法及数字电路设计，我认为数字校准算法是关键的技术之一，能有效提高16位SAR ADC的性能。
而在数字电路设计中，要考虑的因素很多，需要全面考虑各个方面的需求，并在设计中做出合理的权衡。
只有在数字校准算法和数字电路设计两个方面都做到精益求精，才能生产出高性能的16位SAR ADC。
10-bit高精度低功耗SAR ADC设计研究的开题报告
10-bit高精度低功耗SAR ADC设计研究的开题报告
研究背景：
随着智能电子和物联网技术的发展，对高精度、低功耗的模拟数字转换器（ADC）的需求越来越大。
同时，随着集成度的提高和工艺工程师的努力，单片集成的ADC能够实现更高的精度和更低的功耗。
其中的一个应用是位于笔记本电脑或平板电脑中的触摸屏控制器，它需要接收高精度、低延迟的输入信号进行处理。
研究目的：
本研究旨在设计一种高精度、低功耗的SAR ADC，能够满足触摸屏控制器的需求。
具体要求如下：
1. 10位精度
2. 转换速率：至少500 kSPS
3. 噪声：不超过2 LSB
4. 功耗：不超过20 mW
研究内容：
本研究将会完成以下内容：
1. SAR ADC的原理介绍和分析
2. 该 ADC 的电路结构设计
3. 电路模拟和优化
4. 电路综合和布局
5. 电路测试和性能分析
研究方法：
本研究主要使用模拟电路设计和仿真软件完成 ADC 的电路设计、模拟和测试。
在电路模拟和优化过程中，本研究将使用电子设计自动化（EDA）工具进行电路参数和布局优化，以提高 ADC 的性能和可靠性。
最后，将采用标准的数字信号处理技术来评估 ADC 的性能参数，如信噪比、总谐波失真等。
预期成果：
本研究的预期成果如下：
1. 设计一种高精度、低功耗的 SAR ADC，满足触摸屏控制器的应用要求。
2. 实现设计的 ADC 电路在模拟和实验环境下的性能参数测试。
3. 分析测试结果，提出改进意见和建议。
SAR-ADC调研报告
SAR-ADC调研报告SARADC 调研报告一、引言在当今的电子技术领域，模数转换器（ADC）扮演着至关重要的角色，它实现了模拟信号到数字信号的转换，使得各种电子设备能够处理和分析来自现实世界的信息。
其中，逐次逼近型模数转换器（SARADC）因其在精度、速度、功耗和成本之间的良好平衡，在众多应用中得到了广泛的应用。
二、SARADC 的基本原理SARADC 的工作原理基于逐次逼近的思想。
它通过将输入的模拟电压与一个内部的数字模拟转换器（DAC）产生的逐步变化的参考电压进行比较，从而确定对应的数字输出。
首先，SAR 逻辑控制电路将最高有效位（MSB）设置为 1，其余位为 0，并通过 DAC 将这个数字值转换为模拟电压。
然后，将这个模拟电压与输入的模拟信号进行比较。
如果模拟电压小于输入信号，MSB 被保留为 1；否则，MSB 被重置为 0。
接下来，对次高位进行同样的操作，重复这个过程，直到所有位都被确定。
最终，SARADC 输出的数字代码就是与输入模拟信号相对应的数字值。
三、SARADC 的主要特点1、高精度SARADC 能够实现较高的精度，通常可以达到 12 位至 16 位甚至更高的分辨率，适用于对精度要求较高的测量和控制系统。
2、中等转换速度其转换速度一般在几 kSPS（千次每秒）到几百 kSPS 之间，能够满足大多数中低速应用的需求。
3、低功耗由于其工作原理相对简单，SARADC 在工作时消耗的功率较低，这对于电池供电的便携式设备来说是一个重要的优势。
4、面积小、成本低SARADC 的结构相对简单，不需要复杂的模拟电路，因此芯片面积较小，制造成本相对较低。
四、SARADC 的性能指标1、分辨率指 ADC 能够分辨的最小模拟电压变化量，通常用位数表示。
2、转换速率表示完成一次模数转换所需的时间，单位为每秒转换次数。
3、量化误差由于 ADC 的有限分辨率导致的输入模拟信号与输出数字信号之间的偏差。
4、线性度包括积分线性度和微分线性度，反映了 ADC 输出数字值与输入模拟值之间的线性关系。
噪声整形SAR_ADC设计
噪声整形SAR_ADC设计噪声整形SAR_ADC是一种用于模拟信号数字化转换的关键电路，它在许多应用领域中发挥着重要作用。
本文将介绍噪声整形SAR_ADC的设计原理、工作原理以及其在电子系统中的应用。
噪声是电子系统中不可避免的现象，它来自于各种源头，如电源噪声、电路元件的热噪声以及外部干扰等。
在信号的采集和处理过程中，噪声会对信号的准确性和精度产生不良影响。
因此，噪声整形SAR_ADC的设计就是为了尽可能地降低噪声的干扰，提高信号的采集精度。
噪声整形SAR_ADC的设计原理基于逐次逼近寻找最佳比较电压来实现信号的模拟信号数字化转换。
其工作原理可以简要描述如下：首先，输入的模拟信号经过采样保持电路进行采样，然后由比较器与DAC进行逐次逼近比较，以找到最佳比较电压。
接着，通过数字控制逻辑电路对比较结果进行编码，最终输出数字信号。
在整个转换过程中，噪声整形电路起到了关键作用，它通过滤波、抑制和校准等技术手段来降低噪声的干扰，提高信号的采集质量。
噪声整形SAR_ADC在许多电子系统中都有广泛的应用。
在通信系统中，它被用于信号的调制和解调；在医疗设备中，它用于生物信号的采集和处理；在工业控制系统中，它被用于传感器信号的采集和反馈控制等。
通过合理设计和优化，噪声整形SAR_ADC可以实现高速、高精度和低功耗的特性，适应不同应用场景的需求。
总之，噪声整形SAR_ADC的设计是电子系统中不可或缺的一部分。
它通过降低噪声的干扰，提高信号的采集精度，为信号的后续处理和应用提供了可靠的数据基础。
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，噪声整形SAR_ADC的设计将继续发展和创新，为电子系统的性能提升和功能扩展提供更好的支持。
SAR_ADC设计架构比较及必要说明
10b-200ksps-SAR-ADC设计说明一、目前项目的设计需求目前项目属于COST-DOWN项目，所以电路面积是最主要的优化点，目前该ADC 的指标要求是10b-200Ksps，精度适中，速度比较低，关键是如何减小面积降低成本且能保证10b的模数转换有效位。
项目之前采用的SMIC SAR ADC IP，需要外接电阻，整体面积是0.17mm2，本次设计的主要目的是设计不需要外挂电阻的SAR ADC且整体电路的面积小于0.17mm2。
本项目中的SAR ADC针对的是单端应用，所以后续所有的讨论只针对单端应用情况。
二、各种SAR ADC架构比较及选定图1、单端SAR ADC基本架构图2、电阻分压型DAC结构SAR ADC的基本架构如图1所示，该类型SAR ADC中的关键点是比较器的OFFSET和DAC的线性度。
比较器的失调对于所有类型的SAR ADC具有共性，最后统一说明。
1、针对不同的DAC架构分别说明其线性度、面积等优缺点。
✓电阻分压实现DAC的传统架构：如图2所示，该类型的由开关电阻阵列构成的电压按比例缩放D/A转换器，由于抽头电压不可能低于下面的抽头，因此保持了很好的单调性。
但是当D/A转换器的位分辨率提高时，开关数和电阻数均呈指数上升，面积难以接受。
而且，由于该DAC不能采样保持输入电压，因此信号输入端需要专门的采样保持电路用于维持ADC转换期间VIN 电压的相对固定，这进一步增加了面积。
此外，此类型的DAC转换精度依赖于电阻的匹配精度，在芯片内部，电阻的匹配精度低于电容的匹配精度。
综合以上因素，该类型的DAC只适合应用于转换位数较小的SAR ADC中。
图3、二进制电流型DAC结构✓二进制电流型DAC架构如图3所示，逐次逼近逻辑产生数字码控制电流源的开关，从而使得不同大小的电流与输入端产生的电流做减法运算，从而得到比较器的输出串行码。
该结构的DAC受限于电阻、MOS管的匹配程度，而且随着位数的增加电流镜结构也会导致比较大的功耗。
SAR ADC的设计_2014
按照下式算CLt，直到满足
M=4，L=4，k=1
CLt>=(2^L-1)Cu，且为Cu的整数倍 M=2，L=6，k=24
CLt 2L k Ca
Cu
k Cu
M=4，L=6，k=22 M=4，L=8，k=24
设计结果 Ca=Cu, Cd2=0 Ca=22Cu, Cd2=3Cu Ca=5Cu, Cd2=12Cu Ca=17Cu, Cd2=0
• 比较器设计
– 比较器类型 – 比较器失调与噪声
• SAR逻辑设计
– 同步逻辑 – 异步逻辑
• 实验
DAC topologies
电压型
电压改 进型
阻容混合型
二进制电流型
电流型 R2R
匹配好；低功耗
电荷型
差分结构
底板采样的单端与全差分结构：
单端结构： 需要2N个电容
全差分结构： 单边只需2N-1个电容
dVO1
kCu
Ca
C p3 CLt X
Cp2
VR
dVO2
2 L 1
Ca Cp3 X
Cu
VR
X CMt Cp1 Ca C p3 CLt Cp2 Ca Cp3 CLt Cp2
①和②点的权重误差： we
dVo1 2dVo2 2dVo2
k
Ca
Cp3
lt在实际设计中常有为电容上极板寄生电容值与电容本身值之比寄生电容设计考虑寄生电容设计考虑段的寄生c2带来权重误差导致非线性lsb段所用电容ca采用上极板共接权重误差比例固定为因此降低lsb端位数l可降低权重误差比例固定为因此降低lsb端位数l可降低非线性msb段的寄生cp1不会带来非线性问题和adc增益误差但作为dac时会带来约cp1cmt的增益误差msb段所有电容采用上极板共接此为底板采样需要msb段所有电容采用上极板共接此为底板采样需要版图布线要特别注意最小化cp3串联三段cdac
saradc电阻
SARADC电阻什么是SARADC电阻？SARADC（Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter）是一种逐次逼近寄存器模数转换器，它用于将模拟信号转换为数字信号。
在SARADC电路中，电阻起到了重要的作用。
电阻用于建立电压分压网络，将输入的模拟信号转换为相应的电压值，从而实现模数转换的过程。
SARADC电阻的工作原理SARADC电阻的工作原理可以简单地描述为以下几个步骤：1.采样（Sampling）：SARADC电路将输入的模拟信号进行采样，通常使用开关电容电路进行采样。
在采样期间，模拟信号被保持在一个电容中，以便后续的转换。
2.逐次逼近（Successive Approximation）：采样完成后，SARADC电路将通过逐次逼近的方式逐位地确定输出的数字信号。
具体来说，SARADC电路从最高有效位（MSB）开始，通过比较输入信号的电压与一个参考电压的大小关系，逼近出当前位的数字值。
逼近的过程通过逐次调整一个DAC（数字-模拟转换器）的输出电压来完成。
3.输出（Output）：当逼近过程完成后，SARADC电路将得到一个完整的数字输出，代表了输入模拟信号的数值。
这个数字输出可以被后续的数字系统进一步处理和分析。
SARADC电阻的设计考虑因素在设计SARADC电路时，电阻的选择和布局是非常重要的。
以下是一些设计考虑因素：1.分辨率（Resolution）：SARADC电路的分辨率是指可以表示的最小电压变化。
通常，分辨率与电阻值有关。
较小的电阻值可以提供更高的分辨率，但也会引入更大的噪声。
2.精度（Accuracy）：电阻的精度将直接影响SARADC电路的准确性。
较高的精度要求会导致选择更高精度的电阻，这可能会增加成本和复杂性。
3.温度稳定性（Temperature Stability）：电阻的温度系数会影响SARADC电路在不同温度下的性能。
sar adc设计心得与踩雷
一、概述SAR ADC（Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter）是一种常见的模拟数字转换器，其采样和量化过程通过逐次逼近实现。
本文将介绍在设计SAR ADC时的一些心得体会和避免踩雷的经验。
二、设计心得1. 系统级需求分析在设计SAR ADC时，首先要明确系统级需求，包括输入信号范围、分辨率、采样率等。
根据需求确定ADC的性能指标，如分辨率、速度、功耗等，为后续设计奠定基础。
2. 电路拓扑选择SAR ADC的核心是比较器和DAC，选择合适的电路拓扑对于优化性能至关重要。
常见的电路拓扑有单边比较、双边比较、分立DAC和电容阵列DAC等，根据实际需求和限制选择最合适的电路拓扑。
3. 噪声分析和抑制在SAR ADC设计中，噪声是一个不可忽视的问题，包括量化噪声、时钟抖动、功耗噪声等。
通过合理的布局和电路设计，可以有效地抑制噪声，提高ADC的性能。
4. 时序设计和时钟分析SAR ADC的性能与时钟的稳定性和精度密切相关。
在设计中要注重时序的合理设计和时钟信号的分析，以确保ADC的稳定工作。
5. 功耗优化功耗是现代电路设计中一个重要的指标。
在SAR ADC设计中，通过优化电路结构、采用低功耗工艺、合理设计时序等手段来降低功耗，提高电路的节能性能。
6. 工艺技术选择在选择工艺时，需要根据实际需求和限制，考虑功耗、速度、稳定性等因素。
合理选择工艺技术对于最终ADC的性能和成本有着至关重要的影响。
7. 仿真验证在设计SAR ADC时，需要进行多方面的仿真验证，包括电路仿真、时序仿真、功耗仿真等。
通过仿真验证，可以及时发现问题，指导优化设计。
三、踩雷经验共享1. 电路结构错误在SAR ADC设计中，电路结构的选择至关重要，一些不合理的电路结构选择会导致ADC性能不稳定甚至完全失效。
2. 时序设计不合理时序设计对于SAR ADC的性能影响巨大，一些不合理的时序设计会导致稳定性或者速度上的问题。
极低功耗SAR_ADC的设计与研究
极低功耗SAR_ADC的设计与研究随着无线通信技术的发展，对于模拟-数字转换器（ADC）的要求越来越高，特别是在功耗方面。
在移动设备和物联网应用中，低功耗是一个重要的设计指标。
因此，极低功耗的逐次逼近型（SAR）ADC的设计与研究变得尤为重要。
SAR_ADC是一种常用的ADC架构，其将模拟信号与逐次逼近比较器结合，通过逐位逼近的方式将模拟信号转换为数字信号。
与其他类型的ADC相比，SAR_ADC具有较低的功耗和较高的转换精度。
在极低功耗SAR_ADC的设计中，有几个关键的方面需要考虑。
首先是比较器的功耗和速度。
为了降低功耗，可以采用体积小、功耗低的比较器，但这可能会牺牲速度。
因此，在设计过程中需要权衡功耗和速度的平衡。
其次，电源电压的选择也是一个关键因素。
低功耗ADC通常使用较低的电源电压，以降低功耗。
然而，较低的电源电压可能会导致动态范围的降低和噪声的增加。
因此，需要在电源电压和性能之间找到最佳的折衷。
另外，时钟频率的选择也是一个重要的考虑因素。
较高的时钟频率可以提高ADC的速度，但同时也会增加功耗。
因此，需要根据具体应用需求选择适当的时钟频率。
此外，采样保持电路的设计也是极低功耗SAR_ADC中的关键环节。
采样保持电路用于将模拟信号保持在一段时间内，以便进行逐次逼近转换。
为了降低功耗，需要设计高效的采样保持电路，以减少能量损耗。
最后，模拟前端的设计也需要考虑功耗因素。
选择合适的运放和滤波器，以及优化前端电路的功耗，可以进一步降低整体ADC的功耗。
综上所述，极低功耗SAR_ADC的设计与研究是当前研究热点之一。
在设计过程中需要综合考虑比较器的功耗和速度、电源电压选择、时钟频率选择、采样保持电路设计以及模拟前端的功耗优化等因素。
通过合理的设计和优化，可以实现功耗极低的SAR_ADC，满足移动设备和物联网应用对于低功耗高性能ADC 的需求。
SAR ADC 外部驱动电路设计流程
SAR ADC 外部驱动电路设计流程章节一：介绍SAR ADC外部驱动电路SAR ADC（Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter），顾名思义，是一种逐次逼近寄存器型的模拟信号到数字信号转换器。
SAR ADC要求输入信号是单端信号，因此在实际应用中需要添加外部驱动电路，将双端信号转换为单端信号。
本篇文章将详细介绍SAR ADC的外部驱动电路设计流程。
SAR ADC由一系列模拟电路和数字电路组成，其中外部驱动电路是连接模拟电路和输入信号的桥梁，同时承担着滤波、抗干扰等作用。
因此，优秀的SAR ADC外部驱动电路设计具有至关重要的作用。
章节二：SAR ADC外部驱动电路设计细节1.输入信号采集首先需要考虑的是如何采集输入信号。
通常采用差动信号放大器差分输入的方式，将双端信号转换为单端信号，并进行滤波处理。
在实际应用中，差动信号放大器的电源要求较高，一般采用电压稳压器电路来保证供电的稳定性。
2.滤波SAR ADC外部驱动电路的一个重要作用就是滤波，保证输入信号的质量。
常用的滤波电路有低通滤波、带通滤波、高通滤波等。
需要根据不同的应用场景选择合适的滤波电路。
3.抗干扰SAR ADC受到外界干扰时，很容易出现转换误差。
因此，在设计SAR ADC外部驱动电路时，需要考虑如何抗干扰。
常用的抗干扰电路有屏蔽电路、滤波电路、提高信噪比等。
4.缓冲SAR ADC通常具有较低的输入电阻和较高的输入电容。
因此在长距离传输时，需要考虑信号损失的问题。
这时，需要增加缓冲电路，将输入信号放大并保持稳定。
5.时序SAR ADC在转换过程中需要稳定的时序驱动。
外部驱动电路需要根据芯片的时序电气特性，在合适的时间点提供驱动信号。
同时，还需要考虑信号的延迟和同步问题。
章节三：SAR ADC外部驱动电路设计注意事项1.电源噪声SAR ADC的转换精度和稳定性对电源噪声比较敏感。
saradc课程设计
sar adc课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解ADC（Analog-to-Digital Converter）的基本概念，特别是SAR（Successive Approximation Register）ADC的工作原理；2. 学生能掌握SAR ADC的转换过程，包括采样、量化和编码；3. 学生能解释SAR ADC中分辨率、转换精度和转换速率等关键参数的含义。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并设计简单的SAR ADC电路；2. 学生能够通过实验或模拟软件，操作SAR ADC转换过程，进行数据采集和分析；3. 学生能够运用数学工具，对SAR ADC的性能进行初步的量化评估。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子测量和转换技术的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 增强学生的团队合作意识，通过小组讨论和实验，培养学生的沟通能力和协作能力；3. 引导学生认识到SAR ADC在日常生活和工业中的应用，提高学生对技术与社会关系的认识。
课程性质：本课程为电子技术专业高年级的实践课程，结合理论教学与实际操作，强调知识的应用和实践能力的培养。
学生特点：学生具备一定的电子电路基础，具有较强的逻辑思维能力和动手操作能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，通过讲授、实验和案例分析等教学方法，使学生在掌握理论知识的基础上，提高实际操作和问题解决能力。
在教学过程中，注重分解课程目标为具体可衡量的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. SAR ADC基本原理：包括ADC的概念、种类，重点讲解SAR ADC的工作流程、分辨率、转换精度等关键参数；相关教材章节：第二章“模拟-数字转换器”第3节“逐次逼近（SAR）ADC”。
2. SAR ADC电路分析与设计：分析SAR ADC的基本电路结构，讲解其内部各个部分的功能和相互关系，指导学生进行简单的电路设计；相关教材章节：第三章“SAR ADC电路分析与设计”第1、2节。
SAR方案ADC
SAR方案ADC随着科技的迅猛发展，模数转换器（ADC）的应用变得越来越广泛。
其中，采样率和分辨率是衡量ADC性能的两个重要指标。
在众多的ADC设计方案中，按需采样（SAR）方案因其简单性和低功耗而备受瞩目。
SAR（Successive Approximation Register）方案ADC是一种经典的ADC设计方案，它采用逐步逼近法来实现模拟信号与数字信号之间的转换。
在SAR方案ADC中，信号首先通过采样电路进行采样。
采样电路通常由采样保持电路和开关电容电路组成。
采样保持电路用于将输入信号保持在稳定的电平上，而开关电容电路则用于控制采样时刻和抽样时刻。
采样完毕后，采样保持电路会将采样保持电压传递给比较器。
比较器的作用是将采样保持电压与参考电压进行比较，产生一个比较结果。
如果采样保持电压大于参考电压，则比较结果为1；反之，则为0。
比较结果会被传输到SAR逐次逼近寄存器（SAR-ADC）中。
SAR-ADC包含一系列的比较器和数字逻辑电路，用于根据比较结果不断逼近模拟信号值。
具体来说，在每个逼近周期中，SAR逐次逼近寄存器会根据比较结果调整逼近电压，并将新的逼近电压与采样保持电压再次进行比较。
通过多次逼近，SAR-ADC能够逐渐逼近实际的模拟信号值，最终得到一个数字代码。
这个数字代码可以通过数模转换器（DAC）还原为对应的模拟信号值。
SAR方案ADC的优点之一是其高精度和高速度。
由于逼近过程是逐次进行的，每个逼近周期都可以产生一位输出。
因此，SAR-ADC能够以很高的速度完成转换过程。
此外，SAR-ADC对输入信号的要求相对较低，可以适应广泛的应用场景。
然而，SAR方案ADC也存在一些挑战。
首先，逐次逼近法需要进行多次比较和逼近操作，因此对电源噪音和栅极电压噪声非常敏感。
其次，随着分辨率的增加，逼近次数也会增加，造成转换速度的下降。
为了克服这些挑战，研究人员不断努力改进SAR方案ADC的性能。
例如，引入了校准电路来消除非线性误差；采用改进的比较器结构和运算放大器设计来提高精度和速度；优化布局和排线方式以减少噪声影响等。
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失调消除控制信号swg<1:0>,比较器输入 op_n, op_p,系统时钟clk对比图
工作时序－比较周期
比较周期由四部 分组成： 逻辑延迟 跟踪阶段信号 建立时间 锁存时间 比较器输出到 数字模块延迟
比较周期仿真图
设计难点－S/H模块
• HOLD阶段需要在要求时间内达到10bit精度 要求 • 运放的增益需要增益误差小于0.5LSB的需 要 • 运放带宽需要满足建立时间的要求 • 运放噪声要降到不至于影响精度的水平 • 开关尺寸的确定 • 电容大小的确定
SARADC设计和进展
陆卫国 2008.04.30
内容
• • • • • SARADC设计指标 主要结构 工作时序 设cess : chartered 0.35um dual gate salicide analog process • Single powersupply 3.3V • Offset error ≤±4LSB • Input voltage 0.65V~2.65V • Resolution 10bit • INL ≤±0.5LSB • DNL ≤±0.5LSB • Sample rate 3M • SINAD ≥ 62dB
设计难点－digital模块
• 数字行为级文件的编写，对其他三部分模 块的时序协调 • 数字后端的探索：从综合到自动布局布线， 版图验证，后仿真的实现 • Foundry提供的各种数字设计文件，标准单 元等的学习和研究
目前进度－S/H模块
采用全差分结构代 替原有的单端到差分 结构，以满足增益， 带宽，以及建立时间 的要求，缺点是面积 增大，功耗增大 采用bandgap基准 源提供更好的温度， 电压稳定性
结构模块-comparator模块
包括预放大级和快速锁 存比较器两级 预放大器: 放大输入信号, 提高比较器精度, 隔离锁 存比较器feed-back noise 对DAC部分开关电容阵列 的影响 锁存比较器: 包括跟踪和 锁存阶段,把预放输出快速 锁存到逻辑电平 开关电容结构: 输出失调 电压存储技术, 将预放输 出失调电压存储到存储电 容上
开关电容版图
目前进度－comparator模块
第一级低增益运放设计为 大的静态电流以 降低总体 热噪声 快速锁存比较器通过正反 馈实现高速度和高增益
比较器原理图
失调消除
跟踪
锁存
比较器瞬态仿真图
目前进度－digital模块
• 数字设计流程 行为级verilog设计 vi 等编辑器 verilog行为级仿真 modelsim,Verig-XL 综合到门级网表 Design Compiler 布局布线 Astro(Synopsys) 后端验证DRC,LVS Calibre(Mentor) 参数提取和后仿真 Calibre，spectre
电荷再分布ADC示意图 工作过程: 取样期, 预分布, 保持 取样期: 在控制逻辑电路控制下,所有电容顶板接地, 底板接模拟输入, 输入电压存储在电容上 预分布: 所有电容底板接地, 顶板与地断开, 电容上电荷保持 再分布阶段:在控制电路控制下, 电容阵列的开关依次开关,对输入信 号从MSB到LSB依次检索 全差分结构消除共模噪声和电容非线性误差
SARADC原理框图
结构模块-S/H模块
跟随器缓冲输入 两路开关电容形式 的增益放大模块, 对 输入信号进行采样保 持, 并分别放大0.5 倍,1倍, 实现从单端 到差分的转换, 以适 应后续电路的需要 基准源采用简单的 结构以降低面积和功 耗
S/H示意图
基准源示意图
结构模块- DAC模块
设计难点－DAC模块
10bit位数多，线性的要求电容匹配很好，采用 中间值电容匹配最好，但面积很大——与采用1C 电容匹配相比面积成指数增长 如果采用中段衰减电容将显著减少面积，但是 匹配精度受影响（衰减电容值通常怪异） 可能工艺无法提供仿真时采用的这么小值的电 容——将进一步增大面积，而且大电容可能将影 响速度（充电） 需要特别考虑噪声问题 开关尺寸需要考虑导通电阻对建立时间的影响， 并权衡寄生电容的影响
设计难点－comparator模块
• 失调问题:采用全差分结构消除系统失调， 版图要求完全对称以避免引入失调 • 预放大器的增益要满足比较器精度的需要 • 预放大器的压摆率达到比较器速度要求 • 预放大器的带宽要满足建立精度的需求 • 失调存储电容的选定应考虑预放大器压摆 率和快速锁存比较器的输入电容 • 快速锁存比较器锁存速度要满足时序要求
综合门级原理图
自动布局布线版图
目前进度－总体
ADC总体版图（未完成）
初步仿真图
ADC总体原理图
典型两级放大器
折叠共源共栅运放原理图
Bandgap版图
Corner分析，完全通过 纯SH模块FFT分析：SFDR ＝72.2dB（11.7bit），完全 最慢建立时间<30ns 满足10bit要求
目前进度－DAC模块
采用全差分结构消除 共模噪声和电容非线 性误差
DAC模块原理图 电容版图全层视图 完成开关电容版图， 线性度达到1LSB 信噪比达到60dB
ADC时序仿真图
工作时序－采样周期
3clk周期的时间=60ns, swg<1>和swg<0>为高, 比较器将opamp级的失调 储存到失调消除电容 C0,C1上, 这段时间里, opamp的性能应保证失调 能完全储存到电容上 2clk周期的时间=40ns, swg<1>和swg<0>为低, 比较器等待capary模块的 输入到来 接下来的11clk周期用来 比较, 每个比较周期包括 四部分
比较器结构示意图
结构模块-digital模块
包括控制逻辑,移位寄存 器, SAR逐次逼近寄存器 实现对S/H模块，DAC 模块，comparator模块的 时序控制 数字部分时序示意图
工作时序
采样时钟320ns，系 统时钟20ns，一个采 样周期包含16个clk时 钟周期 5个clk时钟采样时间， 输入信号采样到电容 阵列 11个clk的转换时间， DAC模块在数字部分 控制下将输出送到比 较器进行逐次比较
SARADC工作原理
主要由采样保持,逐次 逼近寄存器, D/A转换器, 比较器组成. 以数字代码, 采用误差 技术对输入的模拟信号 进行逼近,对所有可能的 量化水平进行二分检索, 直到得到最终的数字输 出. N位寄存器控制转换的 时序, Vin经过采样后与 DAC的输出做比较, 比较 器的输出控制二分检索 的方向, SAR的输出就是 转换得到的数字码.