Analog-Digital Wandler Integrating single-slope and dual-slope ADCs Flash ADC ADCs basiert auf sukzessiven Approximationen Subranging ADCs Zyklischer ADC Sigma-Delta ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Analoges Mittelwert für Code 0 ADC Eigenschaften ADC Eigenschaften: 1) Geschwindigkeit 2) Genauigkeit (Accuracy) max Signal / max (INL, DNL, Noise) 3) Leistungsverbrauch 4) Auflösung (Resolution) (number of output bits) Code Vin-Code*Slope Perfekt Vin DNL Realistisch 1 2 3 Vin Vin Analoges Mittelwert für Code 0 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Flash ADC  Schnell  Hoher Leistungsverbrauch ~ SNR3 KL Ain Dout Komparator Widerstände Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Einfacher komparator Geschwindigkeit ~ Ibias/C Fehlerquelle: Mismatch zwischen Transistoren InN InP Out Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Matching Matching hängt von Transistorfläche ab! Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Rauschen Ein Freiheitsgrad! Die Zahl der Freiheitsgrade eines Systems spielt in der Thermodynamik eine Rolle, da sich die Energie gleichmäßig auf die einzelnen Freiheitsgrade verteilt Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Single-Slope ADCs  Einfach  Gute Genauigkeit  Langsam Ramp VIn Ramp C AND CNT VIn Clk Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Integrating single-slope ADCs -Vin Vout A C AND CNT Thr Clk Vout v Thr T Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Integrating dual-slope ADC -Vin R Ref A MSB C AND CNT Thr Clk MSB Vout Tref Tmeas Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC basiert auf sukzessiven Approximationen Ain DAC ? K D Komparator Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC basiert auf sukzessiven Approximationen - Algorithmus VDA=0 Vref B(n-i) = 1 VDA+=Vref/2i VDA Vin Vin>VDA nein Zeit B(n-i) = 0 B(n-i) = 1 VDA-=Vref/2i i = i +1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

DAC – Realisierung mit Stromquellen KL Din Aout Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

DAC - Matching Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs KL Din Aout Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Realisierung der Logik Ck StartIn State Maschine Ready Eval Stop StartIn StartOut 1 1/0 Q Ready Eval Stop Ain If(Ready&Start) D=1 If(Eval) D=comp Else D=Q D Q Ready DAC ? K Ck StartIn Eval Reset StartOut Stop Reset Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren K 8C 4C 2C C C Vin Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren K 8C 4C 2C C C Vin Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vre/2 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vre/2 K 8C 4C 2C C C 0! Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4 K 8C 4C 2C C C 1 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 1 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 1 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 1 Vin Vref ADC = 0111 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

StartIn & ~ Finish & ~Done Asynchroner ADC Sample In Hi K Lo OR 8C 4C 2C C Done ~Reset Bit1 Bit0 Ready Bit StartIn & ~ Finish & ~Done StartIn 1 Comp Done Done & Hi & ~Finish Finish Res Res Res Res StartOut Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Asynchroner ADC: Komparator res InP InN OutP OutN res res res Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

StartIn & ~ Finish & ~Done Asynchroner ADC Sample 8C 4C 2C C In Hi K Lo OR 8C 4C 2C C Done Evaluate ~Reset Bit1 Bit0 Ready Bit StartIn & ~ Finish & ~Done StartIn 1 Comp Done Done & Hi & ~Finish Finish Res Res Res Res StartOut Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

4-bit Subranging ADC Vin, Vdac + Ain SH 2bit ADC 2bit DAC 2bit ADC X4 + - N1 N2 1 2 3 Vin x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

4-bit Subranging ADC Vin, Vdac + Ain SH 2bit ADC 2bit DAC 2bit ADC X4 + - N1 N2 1 2 3 Vin x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

4-bit Subranging ADC Vin, Vdac + 2bit ADC 2bit DAC 3bit ADC X2 + - N1 N2 1 2 3 Vin x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

3-bit Subranging ADC Vin, Vdac + 1.5bit ADC 1.5bit DAC 1.5bit ADC X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

3-bit Subranging ADC Vin, Vdac + 1.5bit ADC 1.5bit DAC 1.5bit ADC X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1.5bit ADC 1.5bit DAC X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 2 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 2 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 2 1.5bit ADC 1.5bit DAC 3 X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 2 1.5bit ADC 1.5bit DAC 3 X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1.5bit ADC 1.5bit DAC X2 + - Vin -1 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Pipeline and Cyclic ADC Ck1 Ck2 Ck1 Ck2 Ck1 Ck2 Ck1 Ck2 Cyclic Needs two iputs and sample signal In S Ck1 Ck2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

SC – Multiply by two circuit Ck1 Vin Ck2 Ck1 Vout Ck2 Ck1del Ck1 Ck1del Ck2 2Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

SC – Multiply by two circuit Vin Q Q 0V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

SC – Multiply by two circuit Vin Q Q 0V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

SC – Multiply by two circuit Vin 2Q 2Vin 0V 0V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Subtraction of Reference Voltage Ck1 Vin Ck2 Vout Ck1 Ck2 Ck1del Ck1 Ck1del Ck2 -Vref +Vref 2Vin+aVref-bVref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

ADC Cell Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Ck1 Vin Vout Ck1 Ck2 Ck1del +Vref/4 En -Vref En +Vref -Vref +Vref -Vref/4 Ld=Ck2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Cyclic ADC Cell Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs S Vin SB To Comp S Ck2 Ck1 Vin Ck2 Ck1del S S Comp -Vref +Vref Ck2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Cyclic ADC Cell Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs 1 Ck2 Ck1 Ck2 Ck1del -Vref +Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Cyclic ADC Cell 1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Cyclic ADC Cell Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs 2 -Vref +Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Cyclic ADC Cell 2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Cyclic ADC Cell Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs 4 -Vref +Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Schnellere Schaltung 1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Schnellere Schaltung 2 -Vref +Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Schnellere Schaltung 2 -Vref +Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Schnellere Schaltung 4 -Vref +Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Schnellere Schaltung 4 -Vref +Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Schnellere Schaltung 8 -Vref +Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Cyclic ADC Cell with parallel S+A Vin SB To Comp S Ck1 Ck2 Ck2 Ck1 Vin In In Ck1del Ck2del Ck2 Ck1 Comp Comp S -Vref +Vref -Vref +Vref Ck2 Ck1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Single Input, Single Output Types of Amplifier Single Input, Single Output Fully Differential Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Symmetry of the Differential Circuit VinP S SB To Comp S Ck1 Ck2 Ck2 Ck1 VinP InP InP Ck2 Ck1 Ck1del Ground in Single endend c. is mid point in differential circ. Ck2del S S -Vref +Vref -Vref +Vref S S Ck1del Ck2del Ck1 Ck2 VinN InN InN Ck1 Ck2 Ck2 Ck1 To Comp SB S Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Fully Differential Amp VinP S SB To Comp S Ck1 Ck2 Ck2 Ck1 VinP InP InP Ck2 Ck1 Ck1del Ck2del S S -Vref +Vref -Vref +Vref S S Ck1del Ck2del Ck1 Ck2 VinN InN InN Ck1 Ck2 Ck2 Ck1 To Comp SB S Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Common Mode Bias Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs VinP S SB To Comp S Ck1 Ck2 Ck2 Ck1 VinP InP InP Ck2 Ck1 Ck1del Ck2del S S -Vref +Vref CM -Vref +Vref CM S S Ck1del Ck2del Ck1 Ck2 VinN InN InN Ck1 Ck2 Ck2 Ck1 To Comp SB S Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zyklische AD Konversion - Algorithmus Vin>0 nein ja B(n-i) = 1 B(n-i) = 0 Vin=2(Vin-Ref/4) Vin=2(Vin+Ref/4) i = i +1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1bit ADC 1bit DAC X2 + - Vin 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Algorithmischer ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1bit ADC 1bit DAC X2 + - Vin 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

 - ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1bit ADC 1bit DAC + + - Vin In 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

 - ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1bit ADC 1bit DAC + + - Vin In 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

 - ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1bit ADC 1bit DAC + + - Vin In 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

 - ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + in1 1bit ADC 1bit DAC + + - Vin In 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

 - ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + in1 1bit ADC 1bit DAC + + - Vin In 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

 - ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac - b1R + in2 + in1 1bit ADC 1bit DAC + + - in1 - b1R Vin In 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

 - ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac - b1R + in2 + in1 1bit ADC 1bit DAC + + - in1 - b1R Vin In 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

 - ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vin, Vdac + 1bit ADC 1bit DAC + + - Vin In 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

 - ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs 1bit ADC 1bit DAC + + Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

 - ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs 1bit ADC 1bit DAC + Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Ladungspumpe Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs f1 f2 V1 V2 f2 f1 V2* V2* Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Ladungspumpe Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Q=(V1-V2)C Q=(V1-V2)C f1 f2 f1 f2 V1 V2 V1 V2 f2 f1 f2 f1 V2* V2* V2* V2* 1/R=-C Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Ladungspumpe Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs V1 V2 1/R=-C Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs