单端和差分SAR ADC单位电容选取的区别，有5种不同说法，看看你是哪一种

ccic

在设计SAR ADC 中最重要的一个问题就是 单位电容Cu的选取。只考虑热噪声的影响，那么问题来了。究竟单端和差分总电容是什么关系？单位电容呢？
因为kT/Cs<(LSB^2)/12，所以Cs>12kT/LSB^2=12kT*2^2N/VFS^2。
那么下面哪一种说法才是对的？
1.差分结构信号摆幅VFS是单端的两倍，所以Cs是单端的1/4，又因为有NP两端，电容加倍，所以差分结构的总电容Cs是单端的1/2；
2.差分结构信号有NP两端，每一端相当于一个单端结构进行采样，和单端结构相等。所以差分结构的总电容Cs是单端的2倍；
3.差分结构信号有NP两端，每一端相当于一个单端结构进行采样，所以相当于Cs=2*C>12kT/LSB^2=12kT*2^2N/VFS^2。又因为
差分结构信号摆幅VFS是单端的两倍，所以差分结构的总电容Cs是单端的1/4。
4.http://bbs.eetop.cn/thread-292719-2-1.html 这是论坛里之前的一个讨论贴
16#
面积变大是指从kT/C的thermal noise角度考虑的？
差分，每个采样电容要2倍，总电容要4C了，那么电容这块面积是增大到4倍了
哦，不过直接用跨接的电容倒只要C
DAC的话应该面积不变吧

5.同上的一个帖子
19#
即使是单端输入也需要双倍的电容阵列.因为, 不用的那一端要用来存储共模电平的电荷.
6.同一贴 23#
无论哪个角度，全差分都不会使电容变大
（1）Noise角度，全差分信号是2倍，信号功率(能量)就是4倍，而全差分的Noise=2*KT/C，所以全差分每个电容的大小可以去1/2C,总的电容还是C
（2）从功能上讲，全差分的MSB的比较不依赖于C的电荷分配，只需要比较全差分信号的极性（大小）即可。也就是说全差分结构的SAR，最高位电容可以省掉。最终全差分的电容总大小和单端仍然一样。

究竟差分Cs是单端Cs的多少倍？差分VFS应该是单端的两倍，但是在Cs计算的公式里怎么体现？

求大神拍，使劲拍，别客气。我自己都想糊涂了……

ccic

自己顶一下，这个问题自己琢磨了好久，不知道上面哪一种是对的？希望大家都来说说自己的认识。

ccic

得，看来大家觉得这个问题不值一提。但是说法4~6取自已有的讨论帖，说明大家还有分歧，有人认为单端电容1，差分2；有人认为单端差分都是2；有人认为单端差分都是1

david_reg

我的理解.

ccic

回复 4# david_reg


    感谢你的回复，这是一篇文章吗？可以提供出处吗？
    比较激动，还没有仔细看，先赞后看……

ccic

回复 4# david_reg


    再次感谢，自己在这么多种说法里有点糊涂了，所以你这应该是第6种说法，总电容不变，差分结构每一端都只有单端结构的一半；
    如果这样的话，差分结构只是在开关功耗上比单端结构差，面积上两者相等。
    还有，你是怎么看说法6中

只需要比较全差分信号的极性（大小）即可。也就是说全差分结构的SAR，最高位电容可以省掉。最终全差分的电容总大小和单端仍然一样。

  我觉得是不对的，因为差分判断极性本质上和单端与共模电平的比较是一样的，并不能判断接下来开关的打法。SAR ADC的逐次逼近算法本身要求每次都是和一个参考电平Vref的1/(2^i)比较，所以只是简单的极性判断没意义，差分并不能节省电容。
另一方面，有一篇文章Vcm-based开关时序，它也是差分结构。文章里说因为采用Vcm=0.5Vref，所以这种开关时序才省掉了MSB电容。这样不也反过来说明只是差分并不能节省电容？
期待你的回复，主要是没人讨论，自己琢磨太迷茫了……

david_reg

不是文章, 是自己做的简单对比.
在相同分辨率下, 虽然理论来说差分结构的总电容和单端一样, 但考虑到版图匹配的因素, 差分结构电容阵列面积应该比单端大; 至于差分结构是否可以省掉MSB电容, 没有仔细研究.但从kt/c噪声看, 差分结构的总电容要求和单端一样.

茂陵刘郎

回复 4# david_reg


    需要这种能算得大牛

ccic

回复 7# david_reg


    厉害了，原来是大神自己推出来的，非常感谢。对于说法5 即使是单端输入也需要双倍的电容阵列.因为, 不用的那一端要用来存储共模电平的电荷.这个也是错的吧？单端需要储存Vcm的电容阵列吗？看到的一些文章Vcm都是直接接在比较器的另一端。

david_reg

回复 9# ccic

我不是什么大神, 只是很久以前做过sar adc, 大致有些了解, 我见过的单端结构也没有用另一个电容存储vcm.