SAR ADC中常見上極板和下極板採樣。下極板採樣是通過時序控制來抵消掉電荷注入的有效手段,具體參考拉扎維教材。
下面按照我的理解,簡單談談上極板採樣。
上極板的最大問題就是電荷注入和寄生電容。
首先是寄生電容,上極板採樣的時候,除了CDAC採樣,比較器輸入端的寄生電容也在採樣,而且這個寄生電容是隨着電壓非線性變化的。例如,採樣2V時寄生電容20fF,採樣4V時寄生電容可能變成了25fF。這樣就引入了非線性。
其次是電荷注入。在BSIM3v3和BSIM4的模型中對電荷注入有相應的模型,而通常電荷注入的效果和時鐘饋通混在一起,所以仿真時能看到採樣結束關閉開關的瞬間,電容上的電壓瞬間跳變。其實這裏麪包含兩部分:電荷注入和時鐘饋通,其中後者可以看作固定失調,前者直接影響採樣精度。
顯然,對於一個固定的採樣電容,開關尺寸越大,電荷注入量越高,對精度的影響越嚴重。所以適當調小開關尺寸會好一點。但是開關尺寸變小之後,輸入電阻變大,諧波又會變高。這就進入了矛盾之中。有一位偉人說,“矛盾的發展推動了社會的前進”。而在SAR ADC中,這個矛盾直接限制了精度和速度。
參考文獻:
【1】畢查德・拉扎維. 模擬CMOS集成電路設計[M]. 西安交通大學出版社, 2003.