A 10-bit 10-MS/s 0.18-um CMOS Asynchronous SAR ADC with Time-domain Comparator

시간-도메인 비교기를 이용하는 10-bit 10-MS/s 0.18-um CMOS 비동기 축차근사형 아날로그-디지털 변환기

This paper describes a 10-bit 10-MS/s asynchronous successive approximation register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) with a rail-to-rail input range. The proposed SAR ADC consists of a capacitor digital-analog converter (DAC), a SAR logic and a comparator. To reduce the frequency of an external clock, the internal clock which is asynchronously generated by the SAR logic and the comparator is used. The time-domain comparator with a offset calibration technique is used to achieve a high resolution. To reduce the power consumption and area, a split capacitor-based differential DAC is used. The designed asynchronous SAR ADC is fabricated by using a 0.18 um CMOS process, and the active area is $420{\times}140{\mu}m^2$. It consumes the power of 0.818 mW with a 1.8 V supply and the FoM is 91.8 fJ/conversion-step.

본 논문은 rail-to-rail 입력 범위를 가지는 10-bit 10-MS/s 비동기 축차근사형 (SAR: successive approximation register) 아날로그-디지털 변환기 (ADC: analog-to-digital converter)를 제안한다. 제안된 SAR ADC는 커패시터 디지털-아날로그 변환기 (DAC: digital-to-analog converter), SAR 로직, 그리고 비교기로 구성된다. 외부에서 공급되는 클럭의 주파수를 낮추기 위해 SAR 로직과 비교기에 의해 비동기로 생성된 내부 클럭을 사용한다. 또한 높은 해상도를 구현하기 위해 오프셋 보정기법이 적용된 시간-도메인 비교기를 사용한다. 면적과 전력소모를 줄이기 위해 분할 캐패시터 기반 차동DAC를 사용한다. 설계된 비동기 SAR ADC는 0.18-um CMOS 공정에서 제작되며, core 면적은 $420{\times}140{\mu}m^2$이다. 1.8 V의 공급전압에서 0.818 mW의 전력 소모와 91.8 fJ/conversion-step의 FoM을 가진다.