지연고정루프를 이용한 연속근사방식의 아날로그 디지털변환기

Abstract

본 논문에서는 시간영역에서의 신호비교를 통한 데이터변환기를 구현하였다. 기존의 SAR(Successive Approximation Register)구조, Flash 구조, Pipeline 구조 등의 A/D 변환기는 전압 비교기를 이용하여, 입력전압과 기준전압을 비교하여 데이터를 변환한다. 이러한 전압영역에서의 신호처리 방식의 A/D변환기는 최근 공정 scale이 감소함에 따른 supply voltage의 감소로 dynamic range가 작아지게 되어, 작은 차이의 전압을 비교하기 어렵다. 그리하여 전압신호를 시간신호로 바꾸는 방법이 등장하였지만, 이 또한 전압 신호를 시간 신호로 변환하는 과정에서 선형적인 구간을 사용하도록 따로 회로를 구성해야하는 단점이 발생하였다. 그렇지 않으면 입력 전압에 따른 delay의 변화가 달라지기 때문에, 입력 전압에 따라 A/D변환기의 해상도가 달라지는 문제가 발생하기 때문이다. 앞서 설명한 Dynamic range가 작아짐을 극복하기 위해 기존에 voltage domain에서 비교하던 신호를 time domain 으로 전환하여 A/D 변환기를 구현하였다. 또한 전압 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환 시 선형적인 특성에 상관없고 단조성만 보장하면 제대로 동작하도록 SAR 구조로 설계하였다. 그 결과 비교적 고속의 처리속도와 낮은 전력소모와 높은 정확도를 가진 A/D 변환기를 만들 수 있었고, 이것은 A/D 변환기의 성능을 표시하는 FoM 값 계산으로 확인할 수 있었다.