Multi-Phase Timing Skew Calibration and Its Application to Time-Interleaved ADCs

angelweishan

研究生: 王仲益

指導教授: 吳介琮



Multi-Phase Timing Skew Calibration and Its Application to Time-Interleaved ADCs

1 Introduction 1

1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 Multi-Phase System 7

2.1 Multi-Phase System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2 Timing Skew on Multi-Phase (Time-Interleaved) System . . . . . . . . . 9

3 Timing Skew Detection 15

3.1 Prior Arts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1.1 FFT Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1.2 Correlation Based Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.1.3 Reference Signal Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.1.4 Edge Detection Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.2 Zero-Crossing (ZC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.3 Zero-Crossing (ZC) Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3.1 Simple ZC Detector (ZCD1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3.2 Pseudo ZC Detector (ZCD2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4 Timing Skew Calibration 33

4.1 Convergent Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.2 Timing Fluctuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.3 An 8-channel Time-Interleaved ADC System Simulation . . . . . . . . . 40

5 A 6-Bit 16 GS/s Time-Interleaved Flash ADC 45

5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.2 Time-Interleaved ADC Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.3 Circuit Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.3.1 Delay-Locked Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.3.2 Flash ADC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5.4 Measurement Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

6 Conclusions and Future Works 65

6.1 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

6.2 Recommendations for Future Investigation . . . . . . . . . . . . . . . . . 66


Appendix A Appendix 67

A.1 Mathematical Analysis of ZCD1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

A.2 Mathematical Analysis of ZCD2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

A.3 Timing Fluctuation Due to Skew Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . 73

A.4 Timing Skew Calibration Using Clock Chopper . . . . . . . . . . . . . . 77

A.4.1 Timing-Skew Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

A.4.2 Two-Channel Timing-Skew Calibration . . . . . . . . . . . . . . 79

A.5 Multi-Channel Timing-Skew Calibration With Clock Chopper . . . . . . 83

Bibliography 87

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