上海交通大学微纳电子学系 梁卓君 李永博 杨 晓

高精度低功耗12-bit SAR ADC设计

上海交通大学微纳电子学系 梁卓君 李永博 杨 晓

模数转换器（ADC）是一种将连续物理量（通常为电压）转换为代表量化幅度的数字量的器件。随着电子技术的发展，集成电路成为人类社会的基础。集成电路大部分为数字电路，而自然界信号为模拟形式，因此ADC的所用十分重要。借由大学生集成电路设计大赛平台，我们设计了一款12-bit SAR ADC，它拥有低于100μA 的电流消耗和250KB/s的采样速度。文章还包含了这款ADC的版图设计。

SAR ADC；低功耗；高精度

一、设计作品整体说明

本参赛组的作品为12-bit SAR ADC的设计，ADC主要有四个部分组成：采样保持模块（S&H模块）、比较器模块（Comparator模块）、数模转换器模块（DAC模块）、控制逻辑模块（Control logic模块）。

图1 电路顶层模块的控制及连接关系

我们设计的12bit SAR ADC中，采样保持模块采用了互补的栅压自举结构，比较器采用了改进的动态比较器结构，DAC模块采用了共模向下原理的非桥式电容结构，控制逻辑模块共模向下的异步结构。

经过前仿，电路在五个工艺角tt、ss、ff、sf、fs下所达到的性能如下表所示，电路性能以SNR（信噪比）、ENOB（有效位数）及i（总直流电流）、INL、DNL来表征。

表1 电路不同工艺角下性能

二、原理图设计说明，电路图，仿真波形截图

根据各个模块的功能设计原理图，完成功能性仿真并不断调整完善。各个模块的功能介绍、电路结构及前仿波形如下。

1.采样保持模块（S&H模块）

采样保持模块主要完成依据控制信号对输入信号进行周期性采样，将采样后的电平进行保持并输入到后续的比较器模块，进行后续的比较与判决。……