电荷尺度数字对模拟转换器的准确性和性能(DACS)(图1(a))取决于二进制加权电容器比率,这可能会受到MIS匹配的干扰。关键因素是电容器阵列中单位电容器C U的选择。由于n位二进制加权DAC使用2 N单位电容器来提供所需的电容器比率,其面积,总电容和功率用n呈指数增加。选择较小的C u会降低阵列的大小并减少沉降时间,这是因为电容器充电/排放电容器的较低时间常数。但是,较小的C U导致更大的随机不匹配和线性问题。在文献中,经常在经验上选择C U。在[1]中尝试确定最小C U的系统方法,但模型是建立在较旧的散装技术节点上的,而忽略了电线寄生虫和随机变化的影响;特别是在FinFET节点中,这些效果可能很重要。此外,它们无视对关键DAC线性指标的影响。在[2]中,研究了寄生能力的某些组成部分对增益误差和热噪声的影响,但是该工作并未探索一种发现C U的方法。我们提出了一种系统的方法,用于查找最佳的单位电容,C u,该方法考虑了系统的和随机变化,电线寄生虫,频噪声,热噪声和电路级性能指标,包括线性。
现代仪器系统和数据采集系统需要低到中等分辨率、中速的模数转换器 (ADC)。由于这些系统大多是便携式的,因此 ADC 规范对功率和面积参数有严格的要求。尽管传统的逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 因结构简单、模拟模块少而在这些应用中很受欢迎,但它们占用的芯片面积很大。传统 SAR ADC 采用二进制加权电容电荷再分配数模转换器 (DAC) [1,2]。传统电容电荷再分配 DAC 的两个主要限制是转换速度和庞大的电容阵列。较大的 MSB 电容限制了转换速度。这种架构中使用的 DAC 电容阵列变得非常笨重。文献中提出了一些新方法来提高 SAR ADC 的速度 [3,4]。此外,还提出了一些用于 SAR ADC 的面积效率高的 DAC 架构 [5-7]。其中一些 ADC 在性能系数 (FOM) 方面优于其他 ADC,但由于所用 DAC 架构的类型,面积效率 (AE) 参数会降低。[8、9] 中的 SAR ADC 将分辨率可变性融入传统电荷再分配 ADC,以适应需要不同分辨率的多种信号,适用于生物医学信号采集系统等应用。