A l0b 150 MSample/s 1.8V 123 mW CMOS A/D Converter

This work describes a l0b 150 MSample/s CMOS pipelined A/D converter (ADC) based on advanced bootsuapping techniques for higher input bandwidth than a sampling rate. The proposed ADC adopts a typical multi-step pipelined architecture, employs the merged-capacitor switching technique which improves sampling rate and resolution reducing by $50\%$ the number of unit capacitors used in the multiplying digital-to-analog converter. On-chip current and voltage references for high-speed driving capability of R & C loads and on-chip decimator circuits for high-speed testability are implemented with on-chip decoupling capacitors. The proposed AU is fabricated in a 0.18 um 1P6M CMOS technology. The measured differential and integral nonlinearities are within $-0.56{\~}+0.69$ LSB and $-1.50{\~}+0.68$ LSB, respectively. The prototype ADC shows the signal-to-noise-and-distortion ratio (SNDR) of 52 dB at 150 MSample/s. The active chip area is 2.2 mm2 (= 1.4 mm ${\times}$ 1.6 mm) and the chip consumes 123 mW at 150 MSample/s.

l0b 150 MSample/s 1.8V 123 mW CMOS 파이프라인 A/D 변환기

본 논문에서는 샘플링 주파수보다 더 높은 입력 대역폭을 얻기 위해서 개선된 부트스트래핑 기법을 적용한 l0b 150 MSample/s A/D를 제안한다. 제안하는 ADC는 다단 파이프라인 구조를 사용하였고, MDAC의 캐패시터 수를 $50\%$로 줄이는 병합 캐패시터 스위칭 기법을 적용하였으며, 저항 및 캐패시턴스의 부하를 고속에서 구동할 수 있는 기준 전류/전압 발생기와 고속 측정이 용이한 decimator를 온-칩으로 구현하였다. 제안하는 ADC 시제품은 0.18 um IP6M CMOS 공정을 이용하여 설계 및 제작되었고, 시제품 ADC의 측정된 DNL과 INL은 각각 $-0.56{\~}+0.69$ LSB, $-1.50{\~}+0.68$ LSB 수준을 보여준다. 또한, 시제품 측정결과 150 MSample/s 샘플링 주파수에서 52 dB의 SNDR을 얻을 수 있었고, 입/출력단의 패드를 제외한 시제품 칩 면적은 2.2 mm2 (= 1.4 mm ${\times}$ 1.6 mm)이며, 최대 동작 주파수인 150 MHz에서 측정된 전력 소모는 123 mW이다.