要做一个12bit SAR ADC, 主流做法都是参照哪篇文章来做的？

sunjimmy

2013102063 发表于 2021-8-17 11:22
这个是分段桥接电容那种结构吗？它怎么保证级间失配呢

從paper內文來看, 應該是MSB: Cap array + LSB: Resistor ladder 結構.

quantus

MTK16年这篇写得挺好的。 和18年ADI的20bit SAR比，这篇胜在复杂度和完整性。基本上用完了16年能用到的所有技巧：比如异步逻辑，单调开关算法，冗余，前台校正，dithering，利用可变电容对比较器的失调进行校正。如果要做， 恐怕对这些技巧都要熟悉才行。
如果要用这个结构， 首先得想一下怎么把全差分改成伪差分， 这样可以适应单端输入信号。校正部分， 作者基本是一笔带过的，（当然这也是所有做校正的论文的通病， 把校正写得过于简单，让人误以为很容易）。 我想说的是，这个校正虽不是很复杂， 但是还是要和做数字的兄弟沟通一下。如果他们不愿意帮忙， 手工搭图13的电路，以及系统的状态机，恐怕有点麻烦。版图上，0.3fF的单位电容要自己画， 自己提，整个连线，还要考虑zDAC，工作量也不小。
从整体动态性能来看， 最后做到9.6enob。 当然这个ad是用在收发机上面的， 所以sfdr对他们来说更重要。在这么高的速度且带内部buffer的情况下，这个性能还是很厉害的。整体来看，这篇很真实的反映了mtk的设计水平。楼主可以尝试一番。

nanke

楼主提的这个要求挺高的，即使是个高手，之前没做过SAR ADC也没有人带的话，功耗<1mA，INL/DNL<1LSB同时满足是很难的（我目前已经做过1款SAR ADC，这个指标再让我一次达到我也做不到，也是因为我学习的太少）。
这些技术最好都了解一下。
（1）做在mcu中input buffer和reference buffer少不了，要求客户给IO提供足够的驱动能力应用会受限。而这两部分的功耗比ADC的功耗大不少。
（2）12bit,4M(按25%时间采样)的单转差buffer不难做，而input buffer是少不了的。而01年那篇论文提到的伪差分我到现在还没弄懂，但也是有代价的，是否好用说不定，有做过的可以说一下。
（3）做到12bit，电容失配校准不是必须的，代价是功耗。12bit以上校准应该是必须的。校准分为前台和后台，做成IP，不需要任何额外操作的校准实现比较困难。但如果是一个团队配合会容易很多，既然楼主提到offset，gain error可以在系统中消除，说明不是单做ip，条件还是具备的。

dannyduan

quantus 发表于 2021-8-18 20:46
MTK16年这篇写得挺好的。 和18年ADI的20bit SAR比，这篇胜在复杂度和完整性。基本上用完了16年能用到的所有 ...

先把手上这个做好吧，水平有限，高精度的留在以后慢慢来吧，到时候再和你慢慢探讨

dannyduan

nanke 发表于 2021-8-19 12:01
楼主提的这个要求挺高的，即使是个高手，之前没做过SAR ADC也没有人带的话，功耗 ...

目前来看，MIM电容面积要做到35um*35um，才能满足spec，这个面积有点太大了，缩到15*15 面积能够接受，但是非线性的问题，版图优化后到底能提升多少，心里没数啊

nanke

dannyduan 发表于 2021-8-31 10:43
目前来看，MIM电容面积要做到35um*35um，才能满足spec，这个面积有点太大了，缩到15*15 面积能够接受，但 ...

不知MIM密度和失配大小，你指的是单位电容吗，不至于吧
12bit1M那篇论文用的是PIP电容也只用了21pF*2，

可能是这么算的，12bit达到3sigma INL=±0.5LSB，deltaCu/Cu=0.4%，1LSB对应电容需约6fF（单端3f），12bit需要2^12*6=24pF，单端12pF。

dannyduan

nanke 发表于 2021-9-1 15:07
不知MIM密度和失配大小，你指的是单位电容吗，不至于吧
12bit1M那篇论文用的是PIP电容也只用了21pF*2，

"12bit达到3sigma INL=±0.5LSB，deltaCu/Cu=0.4%，" 你这个是怎么算的？

我是按照李福乐老师ppt上的公式来算的。分段结构LSB=5, MSB=7： 0.5/3 =(32^0.5) * (4096^0.5) *(deltaCu/Cu), detalCu/Cu = 0.047%

一名IC初学者

感谢分享

nanke

dannyduan 发表于 2021-9-6 10:06
"12bit达到3sigma INL=±0.5LSB，deltaCu/Cu=0.4%，" 你这个是怎么算的？

我是按照李福乐老师ppt上的公 ...

(1) 0.4%是我用matlab仿真的结果
(2) 按你贴的公式是dCu/Cu=0.26%，因为是分段电容后半段是5bit，所以LSB电容是Cu‘=32Cu，按你算的也没错。
而0.26%和0.4%之间差了1.5倍，接近于2^0.5。
可能是定义不同，有的dCu定义成Cu1-Cu2，有的定义成Cu-mean(Cu)，我是按后者定义的，和前者差了1.4142倍。

不知分段电容有什么好处？没有接触过，我去翻翻书。

acocacol

quantus 发表于 2021-8-16 04:35
做法很多, 首先要看你的需求是量产还是做普通项目玩一玩.
如果要求量产, 工艺又不太好, 可以看卡Gilbert Pr ...

想请教一下，如果做14 bit，3Msps左右的SAR的话，应该是一定要用到电容校正了吧，并且基本上桥式，冗余都需要做进去
业界通常用怎样的校正比较robust？数字还是模拟？前台还是后台？请不吝赐教，谢谢