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Analog-Digital Wandler

Analog-Digital Wandler. Integrating single-slope and dual-slope ADCs Flash ADC ADCs basiert auf sukzessiven Approximationen Subranging ADCs Zyklischer ADC Sigma-Delta ADC. ADC Eigenschaften. ADC Eigenschaften: 1) Geschwindigkeit

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Presentation Transcript

  1. Analog-Digital Wandler • Integrating single-slope and dual-slope ADCs • Flash ADC • ADCs basiert auf sukzessiven Approximationen • Subranging ADCs • Zyklischer ADC • Sigma-Delta ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  2. ADC Eigenschaften • ADC Eigenschaften: • 1) Geschwindigkeit • 2) Genauigkeit (Accuracy) max Signal / max (INL, DNL, Noise) • 3) Leistungsverbrauch • 4) Auflösung (Resolution) (number of output bits) Code Vin-Code*Slope Perfekt Vin DNL Realistisch 0 1 2 3 Vin Vin Analoges Mittelwert für Code 0 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  3. Flash ADC •  Schnell •  Hoher Leistungsverbrauch ~ SNR3 Flash ADC KL Ain Dout Komparator Widerstände Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  4. Einfacher komparator • Geschwindigkeit ~ Ibias/C • Fehlerquelle: Mismatch zwischen Transistoren InP Out InN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  5. Matching • Matching hängt von Transistorfläche ab! Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  6. Rauschen • Die Zahl der Freiheitsgrade eines Systems spielt in der Thermodynamik eine Rolle, da sich die Energie gleichmäßig auf die einzelnen Freiheitsgrade verteilt Ein Freiheitsgrad! Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  7. Single-Slope ADCs •  Einfach •  Gute Genauigkeit •  Langsam Ramp VIn Ramp C AND CNT VIn Clk Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  8. Integrating single-slope ADCs C R -Vin Vout A C AND CNT Thr Clk Vout v Thr T Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  9. Integrating dual-slope ADC C -Vin R Ref MSB A C AND CNT Thr Clk MSB Vout Tref Tmeas Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  10. ADC basiert auf sukzessiven Approximationen Ain DAC ? K D Komparator Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  11. ADC basiert auf sukzessiven Approximationen - Algorithmus i=1 VDA=0 Vref B(n-i) = 1 VDA+=Vref/2i VDA Vin Vin>VDA nein Zeit B(n-i) = 0 B(n-i) = 1 VDA-=Vref/2i i = i +1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  12. DAC – Realisierung mit Stromquellen KL Din Aout Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  13. DAC - Matching KL Din Aout Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  14. Realisierung der Logik Ck StartIn State Maschine Ready Eval Stop StartIn StartOut 0 1 1/0 Q Ready Eval Stop Ain If(Ready&Start) D=1 If(Eval) D=comp Else D=Q D Q Ready DAC ? K Ck StartIn Eval Reset StartOut Stop Reset Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  15. ADC mit gewichteten Kondensatoren K 8C 4C 2C C C Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  16. ADC mit gewichteten Kondensatoren 0 K 8C 4C 2C C C Vin Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  17. ADC mit gewichteten Kondensatoren 0 K 8C 4C 2C C C Vin Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  18. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  19. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  20. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vre/2 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  21. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vre/2 K 8C 4C 2C C C 0! Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  22. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  23. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  24. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4 K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  25. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  26. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  27. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  28. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  29. ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref ADC = 0111 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  30. Asynchroner ADC Sample In Hi K Lo OR 8C 4C 2C C Done ~Reset Bit1 Bit0 Ready 0 Bit StartIn & ~ Finish & ~Done StartIn 1 Comp Done Done & Hi & ~Finish Finish Res Res Res Res StartOut Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  31. Asynchroner ADC: Komparator res InP InN OutP OutN res res res Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  32. Asynchroner ADC Sample 8C 4C 2C C In Hi K Lo OR 8C 4C 2C C Done Evaluate ~Reset Bit1 Bit0 Ready 0 Bit StartIn & ~ Finish & ~Done StartIn 1 Comp Done Done & Hi & ~Finish Finish Res Res Res Res StartOut Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  33. Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  34. Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  35. Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  36. Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  37. Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  38. 4-bit Subranging ADC Vin, Vdac + Ain SH 2bit ADC 2bit DAC 2bit ADC X4 + - N1 N2 0 1 2 3 Vin x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  39. 4-bit Subranging ADC Vin, Vdac + Ain SH 2bit ADC 2bit DAC 2bit ADC X4 + - N1 N2 0 1 2 3 Vin x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  40. 4-bit Subranging ADC Vin, Vdac + 2bit ADC 2bit DAC 3bit ADC X2 + - N1 N2 0 1 2 3 Vin x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  41. 3-bit Subranging ADC Vin, Vdac + 1.5bit ADC 1.5bit DAC 1.5bit ADC X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  42. 3-bit Subranging ADC Vin, Vdac + 1.5bit ADC 1.5bit DAC 1.5bit ADC X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  43. Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 1.5bit ADC 1.5bit DAC X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  44. Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  45. Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  46. Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  47. Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  48. Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 2 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  49. Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 2 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  50. Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 2 1.5bit ADC 1.5bit DAC 3 X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

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