DT Delta-Sigma ADC 后仿失真问题求助

singer233 · 发表于 2024-10-28 21:59:29

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各位前辈，最近在做DT Delta-Sigma ADC的后仿真的时候，发现电路对第一级积分器中放大器输入处开关的寄生电容极其敏感；该处作为开关管的NMOS的G、S间不到1 fF的寄生电容就会让ENOB从15 bit恶化到14.5 bit，这个现象令我十分费解。
实际上，在这个设计的前仿阶段，我就发现放大器输入处的开关必须用自举开关，通常来说这个地方用互补开关即可，但在这个设计里必须用自举开关才能实现16 bit 的要求，我猜测是自举开关能在更小的MOS尺寸下实现相同的导通电阻，变相减小了寄生电容的大小；但我还是想不明白为什么这个节点对寄生电容这么敏感；理论上对于这种开关电容积分器的结构，由于放大器输入基本保持是共模电压，对寄生电容是不敏感的。我的设计中，第一个放大器用了斩波，但参考相关论文，对于我采用的斩波频率，已经最小化了寄生电容的影响。另外，我这个设计里用的是BCD工艺，不知道是否会是工艺的特殊性导致了这个问题。已经被这个问题困扰了很久，希望各位前辈能够不吝赐教！

第一级开关电容积分器电路图

singer233 · 发表于 2024-10-29 10:33:41

zxkl317408 发表于 2024-10-29 10:12
采样开关后仿怎么样，是不是采样开关不行

采样开关的线性度是充分满足要求的，能有18bit以上。在放大器输入的这个节点，感觉限制ADC精度的不是开关的线性度，而是这个开关的寄生电容

singer233 · 发表于 2024-10-29 10:35:40

zxkl317408 发表于 2024-10-29 09:48
你采样电容蛮大的啊，应该不至于吧。你把斩波开关换成理想的事实

现在确实在尝试修改斩波开关尺寸，看看有没有效果。谢谢建议

singer233 · 发表于 2024-10-29 14:44:20

下场噗噗雨发表于 2024-10-29 11:55
首先不建议在积分器运放的输入端使用互补开关，因为p管和n管的电子迁移率不同，导致其ron会出现较大的非线 ...

积分器运放的输入端的这个节点，电压基本保持在共模电压，所包含的信号电压很小，因此我理解这里的开关的导通电阻受信号影响的程度是比较小的，不需要采用自举。漏电这个问题检查过，开关管是有充分关闭的。

singer233 · 发表于 2024-10-30 10:45:31

下场噗噗雨发表于 2024-10-30 01:35
第一问题：“该处作为开关管的NMOS的G、S间不到1 fF的寄生电容就会让ENOB从15 bit恶化到14.5 bit”，我 ...

谢谢你详尽的回帖。
1. 我的共模电压是VDD/2=2.5V，放大器输入端开关的输入电压确实偶尔会来到 4.3V，这种情况下普通的NMOS开关确实会出现你所说的弱导通的问题；用互补开关或者自举开关应该就可以显著改善这个问题。现在在用自举开关的情况下，在后仿时加入/不加入自举开关的开关管的G S之间 0.8 fF 的一个寄生电容，会造成 3dB 的THD差异，这个寄生电容值和我pF级别的采样电容、积分电容比起来不值一提，所以我很费解为什么它会有这么大的影响。但我昨天看文献注意到自举开关的时钟馈通问题会更严重，不知道会不会和这个有关。
2. 我理解自举开关可以在更小的尺寸下实现相同的rdson，而更小的尺寸就意味着更小的寄生电容
3. 我的仿真结果是加了Tran Noise的；斩波确实会有噪声折叠的问题，但我选取了1/2 fs的斩波频率，已经将这个问题最小化了；并且现在的问题在于失真，噪声方面前后仿是没有太大差异的，也满足我的设计要求

singer233 · 发表于 2024-10-31 09:38:52

试过关闭斩波，失真没有改善。目前也没发现漏电的问题。已经开始怀疑仿真设置会不会有问题了

singer233 · 发表于 2024-10-31 10:23:58

风也信子发表于 2024-10-31 10:04
看你FFT是3bit，2n3b?
前仿就发现必须用自举，不是很应该，才90多db的snr不至于，时序是否有不合理的地方， ...

那个图频谱不是我的，我的是单比特。前仿的时候就觉得很奇怪，对放大器输入点的开关要求很高。时序的话在最开始的图里有体现，就是经典的对寄生电容不敏感的时序，这块也检查过。不过现在有准备检查一下斩波时序，斩波的边沿在后仿出现了一些偏移

singer233 · 发表于 2024-10-31 15:30:23

风也信子发表于 2024-10-31 14:44
查一查采样电容上级版/积分器输入端，跟反馈的bit线之间，是否有cc？

第一级积分器里所有的几百个cc我都排查过一遍了，最后查出来就只有放大器输入那里开关的寄生电容有影响

singer233 · 发表于 2024-11-1 09:46:55

本帖最后由 singer233 于 2024-11-1 09:50 编辑

顶。。

singer233 · 发表于 2024-12-23 09:51:09

这个问题解决了，最后发现是前馈电容的问题；我用了CIFF的架构，取前馈电容值的时候没有注意，取的过大了，导致后级运放驱动不了对应的电容，在无源前馈加法电路上产生了大的纹波；大的纹波又通过电容反馈到了第一级放大器上，影响了线性度。把前馈电容减小就解决了

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