상위 6비트를 공유하는 12 비트 SAR A/D 변환기

초록

본 논문에서는 IoT 센서 처리를 위한 1.8V 공급전압의 CMOS SAR(Successive Approximation Register) A/D 변환기를설계하였다. 본 논문에서 2개의 A/D 변환기를 병렬로 사용하여 샘플링 속도를 향상시킨 12비트 SAR A/D 변환기를 제안한다. 2개의 A/D 변환기 중 1개의 A/D 변환기는 12자리 비트를 모두 결정하고, 또 다른 A/D 변환기는 다른 A/D 변환기의 상위 6비트를 그대로 사용하여 전력소모와 스위칭 에너지를 최소화하였다. 두 번째 A/D 변환기는 상위 6비트를 결정하지 않기때문에 컨트롤 회로와 SAR 로직이 필요하지 않아 면적을 최소화하였다. 또한 스위칭 에너지는 커패시터 용량과 C-DAC 내전압 변화가 클수록 값이 커지는데 두 번째 A/D 변환기는 상위 6비트를 결정하지 않아 스위칭 에너지를 줄일 수 있다. 또한커패시터 내 스플릿 커패시터 용량을 유닛 커패시터 용량과 동일하게 회로를 구성하여 C-DAC 내 공정오차를 줄일 수 있다. 제안하는 SAR A/D 변환기는 180nm CMOS 공정을 이용하여 설계하였고, 1.8V의 공급전압, 10MS/s의 변환속도, 10.2비트의ENOB(Effective Number of Bit)이 측정되었다. 핵심 블록의 면적은 600X900, 총 전력소모는 79.58W, FoM(Figure ofMerit)는 6.716fJ/step로 확인할 수 있다.

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