SAR ADC设计——SAR Logic原理

Posted 夏风喃喃

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SAR ADC设计——SAR Logic原理

参考:集成电路设计实践 SAR ADC 清华大学 李福乐

文章目录

一. Overview

输入:CKC,CompB,SAMPLEB
输出:SW<3:1>,DO<3:1>,GT


二. TSPC(True Single Phase Clock)



TSPC简单来看就是一个异步低电平复位,时钟下降沿触发的触发器。

三. SC_Gen(Sequential Control Generator)



SC_Gen的理解:
f1为复位信号。f1为低电平时,输出为低电平;f1为高电平时,输出与S反相(SC_gen形成一个输入为S的反相器)。
产生了一个脉宽为f1与S上升沿差的脉冲。

四. LATCH_Dynamic


LATCH_Dynamic理解:
f1为复位信号。
当f1为低电平时,输出为高电平。
当f1为高电平时,则看选通信号SC1。当SC1高电平,则输出与Q反向;当SC1低电平,则输出被锁存,保持不变。
实现了一个异步复位锁存器。

图中可以看到,SC1高电平时,CompB存在一个脉冲,使得输出反向拉低,并在SC1低电平时此输出被锁存。

图中可以看到,SC1高电平时,CompB没有脉冲,高电平输出则被锁存。

五. 时序控制逻辑总结

SAR_Logic的时序控制是由TSPC,SC_Gen,LATCH_Dynamic三部分构成。时序控制逻辑的时序图如下所示:

时序逻辑控制理解:
f1即SAMPLEB,其低电平代表采样跟踪区间,高电平代表转换区间,所以时序控制逻辑主要关注高电平。
CKC信号由MPCG产生,是比较器的时钟。
S1-S3为在f1高电平下CKC的下降沿触发的信号,三个脉冲打了三拍,产生S1-S3。
SC1-SC3为f1与S1,S1与S2,S2与S3上升沿差为脉宽的脉冲。
CompB为比较器的比较结果。
Q1-Q3为锁存的比较器的输出信号,Q1为SC1高电平时反相锁存的CompB,Q2为SC2高电平时反相锁存的CompB,Q3为SC3高电平时反相锁存的CompB。

六. SW产生

SW信号就是CDAC的选择控制信号,它是由S,Q,SC信号通过一定的逻辑产生。
产生逻辑是:SW = S & Q | SC
SW产生的时序图如下所示:

七. DO产生

DO为ADC量化所得到的数字输出,它由S<3>对SW采样所得。
经过延迟的S<3>采样SW<3>得到DO<3>,采样SW<2>得到DO<2>,采样SW<1>得到DO<1>。
DO产生的时序如下图所示:

八. GT产生

GT产生的逻辑可以化简为:GT = f1_Delay & f1 & ~S3
GT产生的时序如下图所示:

GT用于触发MPCG产生第一个脉冲,此第一个脉冲可以自动持续生成多相脉冲,进一步产生CKC。

九. SAR Logic模块总结


SAR Logic理解:
SAMPLEB为高电平时,即转换时间开始。

  1. 由GT = f1_Delay & f1 & ~S3可知,SAMPLEB拉高触发GT拉高。
  2. GT拉高触发MPCG产生多相CKC。
  3. 多相CKC的负边沿触发拉高S<1:3>。
  4. SAMPLEB与S<1>,S<1>与S<2>,S<2>与S<3>的上升边沿差产生SC<1:3>。
  5. 在SC<1:3>选通下Q<1:3>反相锁存CompB的信号,有CompB脉冲则拉低,否则不拉低。
  6. 通过锁存的Q<1:3>高低电平与SW = S & Q | SC,得到CDAC控制信号SW。
  7. 使用S<3>的延迟信号采样SW得到ADC量化输出DO。
  8. 根据GT = f1_Delay & f1 & ~S3,S3的拉高使得GT拉低。
  9. 本次转换结束,等待下一个SAMPLEB上升沿触发GT拉高从而进入下一次转换。

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