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Analog-Digital Wandler

Analog-Digital Wandler. Integrating single-slope and dual-slope ADCs Integrator 1, 2 Komparator einfach und getaktet Ladungsinjektion Rauschen Flash ADC ADC basiert auf sukzessiven Approximationen Current-mode DAC Matching Charge redistribution ADC Subranging ADCs Fehlerkorrektur

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Presentation Transcript

  1. Analog-Digital Wandler • Integrating single-slope and dual-slope ADCs • Integrator 1, 2 • Komparator einfach und getaktet • Ladungsinjektion • Rauschen • Flash ADC • ADC basiert auf sukzessiven Approximationen • Current-mode DAC • Matching • Charge redistribution ADC • Subranging ADCs • Fehlerkorrektur • Zyklischer ADC • Sigma-Delta ADC • Switched capacitors • Multiply by 2 Schaltung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  2. ADC Eigenschaften • ADC Eigenschaften: • 1) Geschwindigkeit • 2) Genauigkeit (Accuracy) max Signal / max (INL, DNL, Noise) • 3) Leistungsverbrauch • 4) Auflösung (Resolution) (number of output bits) Code Vin-Code*Slope Perfekt Vin DNL Realistisch 0 1 2 3 Vin Vin Analoges Mittelwert für Code 0 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  3. Flash ADC •  Schnell •  Hoher Leistungsverbrauch ~ SNR3 Flash ADC KL Ain Dout Komparator Widerstände Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  4. Einfacher komparator • Geschwindigkeit ~ Ibias/C • Fehlerquelle: Mismatch zwischen Transistoren InP Out InN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  5. Matching • Matching hängt von Transistorfläche ab! Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  6. Komparator mit Offset-Kompensation f2 Vsig f1a f1 C Vth Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  7. Komparator mit Offset-Kompensation f2 Vsig f1a=1 Vref+Voffs f1=1 C Vth Vref Vth Rückkopplung! Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  8. Komparator mit Offset-Kompensation f2 Vsig f1a Vref+Voffs f1 C Vth Vref Vth Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  9. Komparator mit Offset-Kompensation f2=1 Vsig Vref+Voffs+(Vsig-Vth) f1a f1 C Vth Vref Vsig Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  10. Komparator mit Offset-Kompensation f2=1 Vsig Vref+Voffs+(Vsig-Vth) f1a f1 C Vth Vref Vsig Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  11. Ladungsinjektion N N Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  12. Ladungsinjektion N N Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  13. Ladungsinjektion N N Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  14. Ladungsinjektion N N Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  15. Ladungsinjektion N N Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  16. Kompensierung von Ladungsinjektion f2 Vsig f1a B f1 C C Vth A Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  17. Kompensierung von Ladungsinjektion f2 Vsig f1a=1 Vref B f1=1 C C Vth A Vref Vth Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  18. Kompensierung von Ladungsinjektion f2 Vsig f1a Vref-QC/C B f1=1 C C Vth A Vref Vth Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  19. Kompensierung von Ladungsinjektion f2 Vsig f1a Vref-QC/C-QA/Cp B f1 C C Vth A Vref Vth-QA/Cp Cp Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  20. Kompensierung von Ladungsinjektion f2=1 Vsig f1a Vref-QC/C+(Vsig-Vth) B f1 C C Vth A Vref Vsig Cp Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  21. Zweistufiger Komparator f2 Vsig Vref f1a=1 Vref f1aa=1 B f1=1 C C Vth D A C2 Vref Vth Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  22. Zweistufiger Komparator f2 Vsig Vref f1a Vref-QC/C f1aa=1 B f1=1 C C Vth D A C2 Vref Vth Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  23. Zweistufiger Komparator f2 Vsig Vref-QD/C2 f1a Vref-QC/C f1aa B f1=1 C C Vth D A C2 Vref Vth Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  24. Zweistufiger Komparator f2=1 Vsig Vref-QD/C2-A1(Vsig-Vth) f1a Vref-QC/C+(Vsig-Vth) f1aa B f1 C C Vth D A C2 Vref Vsig Cp Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  25. Volldifferentieller Komparator f2 VsigP f1aa f1a f1 VthP VthN f1 VsigN f1a f1aa f2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  26. Komparator mit positiver Rückkopplung f2 VsigP f1a f1aa f1 VthP VthN f1 f1aa f2a VsigN f1a f2 f2a f2a Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  27. Rauschen • Die Zahl der Freiheitsgrade eines Systems spielt in der Thermodynamik eine Rolle, da sich die Energie gleichmäßig auf die einzelnen Freiheitsgrade verteilt Ein Freiheitsgrad! Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  28. Single-Slope ADCs •  Einfach •  Gute Genauigkeit •  Langsam Ramp VIn Ramp C AND CNT VIn Clk Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  29. Integrating single-slope ADCs C R -Vin Vout A C AND CNT Thr Clk Vout v Thr T Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  30. Integrating dual-slope ADC C -Vin R Ref A C AND CNT Thr Clk Vout v Thr T1 T2 T Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  31. Integrator C C C A A A C C A A Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  32. Stromquelle als Last • Spannungsverstärkung ist größer für kleinere Biasströme Vgs3 Ids Vgs2 Vgs1 Vdssat Vds Vgs<Vt Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  33. Stromquelle als Last Vout V TL Vin I Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  34. „Common-Source“ Verstärker Rd||Rds Ausgang Cf Eingang Cd Cg Rg Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  35. Integrator (Rg, Rd -> ) Rd||Rds Ausgang Cf Eingang Cd Cg Rg Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  36. ADC basiert auf sukzessiven Approximationen Ain DAC ? K D Komparator DAC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  37. ADC basiert auf sukzessiven Approximationen - Algorithmus i=1 VDA=Vref/2 Vin>VDA nein ja B(n-i) = 1 B(n-i) = 0 VDA=VDA+Ref/2i+1 VDA=VDA-Ref/2i+1 i = i +1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  38. DAC – Realisierung mit Stromquellen KL Din Aout Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  39. DAC - Matching KL Din Aout Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  40. Realisierung der Logik Schieberegister 1 Ain DAC ? K Latch D Kombinatorische Logik Ain DAC ? K D Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  41. ADC basiert auf sukzessiven Approximationen – Algorithmus2 i=1 VDA=Vref/2 Vin>Vref/2 nein ja B(n-i) = 1 B(n-i) = 0 Vin=Vin-Ref/2i+1 Vin=Vin+Ref/2i+1 i = i +1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  42. ADC mit gewichteten Kondensatoren K 8C 4C 2C C C Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  43. ADC mit gewichteten Kondensatoren 0 K 8C 4C 2C C C Vin Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  44. ADC mit gewichteten Kondensatoren 0 K 8C 4C 2C C C Vin Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  45. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  46. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  47. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vre/2 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  48. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vre/2 K 8C 4C 2C C C 0! Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  49. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  50. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

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