Abstract
In this paper, a timing register architecture using demultiplexer and counter is proposed to reduce the area of the high resolution SAR type analog to digital converter. The area and digital power consumption of the conventional timing register based on the shift register is drastically increased, as the resolution is increased. On the other hand, the proposed architecture results in reduction of the area and the power consumption of the error correction logic of the SAR ADC. This chip is implemented with 0.18 um CMOS process. The area is reduced by 5.4 times and the digital power consumption is minimized compared with the conventional one. The 12 bits SAR ADC shows ENOB of 11 bits, power consumption of 2 mW, and conversion speed of 1 MSPS. The die area is $1 mm{\times}1mm$.
본 논문에서는 고해상도 저전력 SAR 타입 ADC(아날로그 디지털 변환기)의 면적을 획기적으로 줄이기 위해서 역 다중화기 (Demultiplexer)와 카운터 (Counter)를 이용하는 타이밍 레지스터 (Timing register) 구조를 제안하였다. 전통적으로 사용되는 쉬프트 레지스터에 기반을 둔 타이밍 레지스터 구조는 해상도가 증가될수록 면적이 급격하게 증가하고, 또한 잡음의 원인이 되는 디지털 소비 전력도 증가되는 반면, 제안하는 구조는 해상도 증가에 따른 에러 보정 회로의 면적과 소비 전력 증가를 줄일 수 있다. 0.18 um CMOS 공정을 이용하여 제작하였으며, 제안한 타이밍 레지스터 구조를 이용하여, 기존 구조 대비 5.4배의 면적 감소와 디지털 전력 최소화의 효과를 얻을 수 있었다. 설계한 12 비트 SAR ADC는 11 비트의 유효 비트 (ENOB), 2 mW (기준전압 생성 블록 포함)의 소비전력과 1 MSPS의 변환 속도를 보였으며, 레이아웃 면적은 $1mm{\times}1mm$ 이었다.
