• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제14권2호
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• pp.189-197
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• 2014

This work proposes a 12b 100 MS/s $0.11{\mu}m$ CMOS three-step hybrid pipeline ADC for high-speed communication and mobile display systems requiring high resolution, low power, and small size. The first stage based on time-interleaved dual-channel SAR ADCs properly handles the Nyquist-rate input without a dedicated SHA. An input sampling clock for each SAR ADC is synchronized to a reference clock to minimize a sampling-time mismatch between the channels. Only one residue amplifier is employed and shared in the proposed ADC for the first-stage SAR ADCs as well as the MDAC of back-end pipeline stages. The shared amplifier, in particular, reduces performance degradation caused by offset and gain mismatches between two channels of the SAR ADCs. Two separate reference voltages relieve a reference disturbance due to the different operating frequencies of the front-end SAR ADCs and the back-end pipeline stages. The prototype ADC in a $0.11{\mu}m$ CMOS shows the measured DNL and INL within 0.38 LSB and 1.21 LSB, respectively. The ADC occupies an active die area of $1.34mm^2$ and consumes 25.3 mW with a maximum SNDR and SFDR of 60.2 dB and 69.5 dB, respectively, at 1.1 V and 100 MS/s.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제16권1호
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• pp.70-79
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• 2016

This paper proposes a low-power range-scaled 14b 30 MS/s pipeline-SAR composite ADC for high-performance CIS applications. The SAR ADC is employed in the first stage to alleviate a sampling-time mismatch as observed in the conventional SHA-free architecture. A range-scaling technique processes a wide input range of 3.0VP-P without thick-gate-oxide transistors under a 1.8 V supply voltage. The first- and second-stage MDACs share a single amplifier to reduce power consumption and chip area. Moreover, two separate reference voltage drivers for the first-stage SAR ADC and the remaining pipeline stages reduce a reference voltage disturbance caused by the high-speed switching noise from the SAR ADC. The measured DNL and INL of the prototype ADC in a $0.18{\mu}m$ CMOS are within 0.88 LSB and 3.28 LSB, respectively. The ADC shows a maximum SNDR of 65.4 dB and SFDR of 78.9 dB at 30 MS/s, respectively. The ADC with an active die area of $1.43mm^2$ consumes 20.5 mW at a 1.8 V supply voltage and 30 MS/s, which corresponds to a figure-of-merit (FOM) of 0.45 pJ/conversion-step.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권2호
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• pp.302-308
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• 2021

본 논문에서는 영상 처리용 12-비트의 10-MS/s 파이프라인 아날로그-디지털 변환기(ADC: analog-to-digital converter)가 제안된다. 제안된 ADC는 샘플-홀드 증폭기, 3개의 stage, 3-비트 플래시 ADC, 그리고 digital error corrector로 구성된다. 각 stage는 4-비트 flash ADC와 multiplying digital-to-analog ADC로 구성된다. 고해상도의 ADC를 위해 제안된 샘플-홀드 증폭기는 gain boosting을 이용하여 전압 이득을 증가시킨다. 제안된 파이프라인 ADC는 1.8V 공급전압을 사용하는 180nm CMOS 공정에서 설계되었고 차동 1V 전압을 가지는 1MHz 사인파 아날로그 입력신호에 대해 10.52-비트의 유효 비트를 가진다. 또한, 약 5MHz의 나이퀴스트 사인파 입력에 대해 측정된 유효비트는 10.12 비트이다.

• 한국통신학회논문지
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• 제30권1A호
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• pp.104-112
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• 2005

본 논문에서는 고속, 저전력 8-비트 ADC를 설계하는 기법들을 제안하였다. 비교적 적은 전력 소모를 가지면서 고속으로 동작 시키기 위해 기존의 파이프라인 구조인 MDAC를 이용한 폐쇄형 구조 대신에 개방형 구조를 채택하였다. 또한 Distributed THA와 캐스캐이드 형태의 구조를 이용하여 높은 샘플링 속도에 최적화 하였다. 제안한 각 단의 크로싱 지점을 판별하는 기법은 증폭기의 개수를 줄일 수 있도록 함으로서 저전력과 좁은 면적의 ADC 구현을 가능하게 하였다. 모의 실험 결과 500-MHz의 샘플링 속도와 1.8V 전원 전압에서 테스트에 필요한 디지털 회로까지 포함, 210mW의 전력을 소비함을 확인 할 수 있었다. 또한 1.2Vpp(Differential) 입력 범위와 200-MHz까지의 입력 주파수에서 8-비트에 가까운 ENOB를 가짐을 볼 수 있었다. 설계된 ADC는 $0.18{\mu}m$ 6-Metal 1-Poly CMOS 공정을 이용, $900{\mu}m{\times}500{\mu}m$의 면적을 차지한다.

• IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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• 제3권4호
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• pp.161-166
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• 2014

An accurate gain-of-two amplifier, which successfully reduces the capacitor mismatch error is proposed. This amplifier has similar circuit complexity and linearity improvement to the capacitor error-averaging technique, but operates with two clock phases just like the conventional pipeline stage. This makes it suitable for high-speed, high-resolution analog-to-digital converters (ADCs). Two ADC architectures employing the proposed accurate gain-of-two amplifier are also presented. The simulation results show that the proposed ADCs can achieve 15-bit linearity with 8-bit capacitor matching.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권5호
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• pp.1-11
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• 2008

본 논문에서는 디지털 코드 오차 보정 기법을 사용한 15비트 50MS/s CMOS 파이프라인 ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 15비트 수준의 고해상도에서 면적과 전력 소모를 최소화하기 위해서 4단 파이프라인 구조를 사용하며 전체 ADC의 아날로그 회로를 변경하지 않고 첫 번째 단에 약간의 디지털 회로만을 추가하는 디지털 코드 오차 보정 기법을 적용한다. 첫 번째 단에서 소자 부정합으로 인해 발생하는 코드 오차는 나머지 세 단에 의해 측정된 후 메모리에 저장되고 정상 동작 시 메모리에 저장된 코드 오차를 디지털 영역에서 제거하여 보정한다. 모든 MDAC 커패시터 열에는 주변 신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 레이아웃 기법을 적용하여 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하면서 동시에 첫 번째 단의 소자 부정합을 보다 정밀하게 측정하도록 하였다. 시제품 ADC는 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 15비트 해상도에서 각각 0.78LSB 및 3.28LSB의 수준을 보이며, 50MS/s의 샘플링 속도에서 최대 SNDR 및 SFDR은 각각 67.2dB 및 79.5dB를 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $4.2mm^2$이며 전력 소모는 2.5V 전원 전압에서 225mW이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권2호
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• pp.1-8
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• 2009

본 논문에서는 일반적인 Folding 구조를 이용한 R-String Folding Block과 Second Folding Block을 제안하여 최대 500Msample/s로 동작하는 ADC를 설계하였다. 제안된 Folding ADC의 R-String Folding Block에서는 상위 4bit를 병렬로 처리하여 디지털 출력을 얻어내며, Second Folding Block에서는 하위 4bit를 새로운 pipeline 방식을 통해 디지털 출력을 얻어낸다. HSPICE 시뮬레이션 과정을 통해 ADC 동작을 확인하였으며 최대 샘플링 주파수인 500Msample/s로 동작할 경우의 평균 전력소모는 1.34mW로 매우 작음을 확인하였다. 램프입력을 인가하면서 디지털 출력이 변할 때의 입력전압을 측정하여 DNL과 INL을 구한 결과 DNL은 $-0.56LSB{\sim}0.49LSB$, INL은 $-0.94LSB{\sim}0.72LSB$의 특성을 나타내었다. 사용된 MOSFET 파라미터는 MOSIS에서 제공하는 $0.35{\mu}m$ 공정 파라미터이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권4호
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• pp.53-63
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• 2009

본 논문에서는 IEEE 802.11n 표준과 같은 근거리 무선통신망 응용을 위한 10비트 100MS/s 27.2mW $0.8mm^2$ 0.18um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 고속 동작에 적합한 3단 파이프라인 구조를 기반으로 제작되었으며 각단에 공통적으로 사용되는 증폭기, 프리앰프 및 저항열을 최대한 효율적으로 공유함으로써 전력 소모 및 면적을 최소화하였다. 첫 번째 MDAC과 두 번째 MDAC에는 스위치 저항과 메모리 효과가 없는 증폭기 공유기법을 사용하였고, 세 개의 4비트 flash ADC에는 단 하나의 저항열만을 사용하는 동시에 두 번째 flash ADC와 세 번째 flash ADC에는 프리앰프를 공유하여 전력 소모와 면적을 최소화하였다. 보간 기법을 사용하여 요구되는 프리앰프의 수를 반으로 줄였으며, 프리앰프의 공유 및 보간 기법으로 인한 영향을 최소화하기 위해 낮은 킥-백 잡음을 갖는 비교기를 추가로 제안하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.18um 1P6M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 10비트 해상도에서 각각 최대 0.83LSB와 1.52LSB의 수준을 보이며, 동적 성능으로는 100MS/s의 동작 속도에서 각각 52.1dB의 SNDR과 67.6dB의 SFDR을 갖는다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $0.8mm^2$이며 전력 소모는 1.8V 전원 전압을 인가하였을 때 100MS/s에서 27.2mW이다.

• 전자공학회논문지
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• 제49권12호
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• pp.184-193
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• 2012

본 논문에서는 고속 직렬 링크에 사용할 수 있는 5비트 2.0GS/s 2-way time interleaved 파이프라인 ADC 기반의 수신기를 소개한다. 샘플링 주파수를 높이기 위해, ADC 각 단은 트랙킹과 증폭이 동시에 수행되는 전류 모드 구조를 사용하였다. 또한 ADC 각단에 1-tap FIR 등화기를 탑재하여 별도의 디지털 후처리 없이 채널의 ISI를 감소시켰다. 제안한 수신기는 110nm 공정을 사용하여 설계하였다. 메모리를 제외한 수신기는 $0.58{\times}0.42mm^2$의 크기를 갖고, 동작전압 1.2V에서 91mW의 전력을 소모한다. 시뮬레이션 결과 2.0GS/s 샘플링 주파수에서 20MHz의 입력 주파수와 Nyquist 주파수인 1.0GHz 입력신호에 대하여 동일하게 26.0dB의 SNDR과 4.0비트의 ENOB특성을 확보하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권5호
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• pp.54-63
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• 2006

본 논문에서는 4세대 이동 통신 시스템에서 요구되는 사양을 위해, 해상도, 동작속도, 칩 면적 및 소모 전력을 최적화한 14b 100MS/s 0.18um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 동작 모델 시뮬레이션을 통해 최적화된 구조를 분석 및 검증하여 3단 파이프라인 구조로 설계하였으며, Nyquist 입력에서도 14 비트 수준의 유효비트 수를 가지는 광대역 저잡음 SHA 회로를 기반으로 하고, MDAC에 사용되는 커패시터의 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위하여 3차원 완전 대칭 구조를 갖는 레이아웃 기법을 적용하였다. 또한, 100MS/s의 동작 속도에서 6 비트의 해상도와 소면적을 필요로 하는 최종단의 flash ADC는 오픈 루프 오프셋 샘플링 및 인터폴레이션 기법을 사용하였다. 제안하는 시제품 ADC는 SMIC 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL과 INL은 14비트 해상도에서 각각 1.03LSB, 5.47LSB 수준을 보이며, 100MS/s의 샘플링 속도에서 SNDR 및 SFDR이 각각 59dB, 72dB의 동적 성능을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $3.4mm^2$이며 소모 전력은 1.8V 전원전압에서 145mW이다.