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[求助] 16bit 1Mbps SAR ADC的Vcm开关问题

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发表于 2024-11-1 20:55:45 | 显示全部楼层 |阅读模式

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SAR ADC各模块:采样使用栅压自举,DAC采样8+8分段,传统下级板开关策略,比较器多级级联动态锁存采用输出失调校准(比较器性能应该没有调好,暂时将就用),传统同步时序逻辑。
激励:模拟VDD=2.5,数字VDD=1.2,输入信号、Vref以及Vcm直接使用理想源。

问题:在采样时,由于开关策略以及比较器失调校准,需要上级板接入Vcm。控制Vcm的开关使用理想switch,整体SAR仿真ENOB有15+;更换成NMOS的话ENOB直接变成14+。请问各位佬这是什么原因导致的,怎么去调整(NMOS开关尺寸怎么调,ENOB都上不去)??(ps:已控制开关信号,确保在采样结束,先断开上级板与Vcm的连接,再进行转换)

                               
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 楼主| 发表于 前天 12:29 | 显示全部楼层
最近找到问题原因了,在采样阶段,DAC下极板的vin在变化,会在上级板引起电压的变化,而vcm电压源(ps:这里电源用的都是理想源)为了使上级板维持在vcm,它会将极板电压往vcm的方向拉,这两个不同方向的电压变化在vcm附近形成了动态平衡,最终导致在采样阶段比较器两输入(或者说DAC两输出)一个比vcm偏大,一个比vcm偏小。
通过仿真分析,这种现象可以看作是vcm开关的导通电阻和采样电容阻抗分压。1、减小开关导通电阻(仿真验证过,上述讲到理想switch能实现更高ENOB,也是因为导通电阻小的原因),2、减小采样电容(仿真验证过,但是为了满足热噪声的要求,难以减小太多),3、减小vin的变化(仿真验证),4、增大vcm的驱动(猜测,是不是因为我的vin和vcm都采用理想源,才会导致因为竞争最终在vcm产生产生动态平衡,实际设计vcm驱动如果比vin大,这种影响是不是会很小)
感觉做1M 16bit SAR ADC的人很多,但几乎没见有人谈过这个问题,只能自己一点点探索。我之后打算折衷改善上面提高的几个方面尝试一下,佬们一般怎么解决这个问题的呢?
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发表于 前天 14:02 | 显示全部楼层
1.单NMOS开关,可以做自举,高速pipe-sar里用过
2.一个开关接cdacp到vcm,一个开关接cdacn到vcm,一个开关接cdacp到cdacn。最后这个开关很有用。
3.可以做一个等效vcm=vref/2或vdd/2,采样时一半电容上极板接高电平,一半电容上极板接低电平。
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