Abstract
In high speed flash type or pipelining type A/D Converter, the faster sampling frequency is, the more the effect of DC reference fluctuation is increased by clock feed-through and kick-back. When we measure A/D Converter, further, external noise increases reference voltage fluctuation. Thus reference fluctuation reduction circuit must be needed in high speed A/D converter. Conventional circuit simply uses capacitor but layout area is large and it's not efficient. In this paper, a reference fluctuation reduction circuit using transmission gate is proposed. In order to verify the proposed technique, we designed and manufactured 6bit 2GSPS CMOS A/D converter. The A/D converter is based on 0.18um 1-poly 5-metal N-well CMOS technology, and it consumes 145mW at 1.8V power supply. It occupies chip area of $977um\times1040um$. Experimental result shows that SNDR is 36.25 dB and INL/DNL ${\pm}0.5LSB$ when sampling frequency is 2GHz.
고속 Flash, Pipelining type의 CMOS A/D 변환기에서 Sampling frequency가 고주파로 올라감에 따라 Clock Feed-through 현상, Kick-back 현상 등의 영향으로 DC Reference voltage 흔들림 현상이 심화되고 있다. 뿐만 아니라 측정 시 외부 Noise가 Reference voltage에 적지 않은 영향을 미친다는 것을 감안 할 때 High speed A/D converter에서 Reference fluctuation 감쇄회로는 반드시 필요하다. 기존의 방식은 단순히 커패시터를 이용했으나 면적이 크고 효과가 좋지 않다는 단점이 있다. 본 논문에서는 Transmission Gate를 이용한 reference fluctuation 감쇄 회로를 제안하고 흔들림 현상이 크게 개선되었음을 정량적 분석 및 측정을 통하여 증명하였다. 제안하는 회로의 측정을 위해 6bit의 해상도를 갖는 2GSPS CMOS A/D 변환기를 설계 및 제작하였다. 제작된 A/D 변환기를 이용하여 Reference 전압이 40mV의 흔들림이 있음에도 원하는 범위 내에서 동작함을 측정하였다. 본 연구에서는 1.8V $0.18{\mu}m$ 1-poly 5-metal N-well CMOS 공정을 사용하였고, 소비전력은 145mW로 Full Flash 변환기에 비해 낮았다. 실제 제작된 칩의 SNDR은 약 36.25dB로 측정되었고, INL과 DNL은 각각 ${\pm}0.5$ LSB 이하로 나타났다. 유효칩 면적은 $997um\times1040um$ 이었다.
