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KR20120060280A - Successive approximation register analog digital converter and operation method thereof - Google Patents

Successive approximation register analog digital converter and operation method thereof Download PDF

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Publication number
KR20120060280A
KR20120060280A KR1020100121449A KR20100121449A KR20120060280A KR 20120060280 A KR20120060280 A KR 20120060280A KR 1020100121449 A KR1020100121449 A KR 1020100121449A KR 20100121449 A KR20100121449 A KR 20100121449A KR 20120060280 A KR20120060280 A KR 20120060280A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
time
digital conversion
digital
sar
controller
Prior art date
Application number
KR1020100121449A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조영균
전영득
남재원
권종기
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020100121449A priority Critical patent/KR20120060280A/en
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Abstract

PURPOSE: A SAR(Successive Approximation Register) ADC(Analog To Digital Converter) and an operation method thereof are provided to improve an operation speed of analog to digital conversion by optimizing latch movement. CONSTITUTION: An SAR(Successive Approximation Register) ADC(Analog To Digital Converter)(100) improves an operation speed in comparison with a general SAR ADC by using an asynchronous clock signal. The SAR ADC includes a digital conversion unit(110), an asynchronous clock generating circuit(120), and an SAR controller(130). The digital conversion unit changes an analog input voltage in response to a clock signal of the asynchronous clock generating circuit into digital signals. The asynchronous clock generating circuit generates the clock signal for controlling a sampling operation and a digital conversion operation in the digital conversion unit. The SAR controller controls the overall operation of the SAR ADC.

Description

연속 근사 아날로그 디지털 변환기 및 그것의 동작 방법{SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ANALOG DIGITAL CONVERTER AND OPERATION METHOD THEREOF}SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ANALOG DIGITAL CONVERTER AND OPERATION METHOD THEREOF

본 발명은 아날로그 디지털 변환기에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an analog to digital converter, and more particularly to a continuous approximation analog to digital converter and a method of operation thereof.

최근, 혼성 시스템(mixed-mode system)의 사용이 증가됨에 따라, 아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Converter; 이하, ADC)의 필요성이 증가하고 있다. 특히, DVDP(Digital Video Disk Player)나 DRSR(Direct Broadcasting for Satellite Receiver) 등과 같은 시스템에서는 낮은 가격을 위해 CMOS 공정을 통한 원 칩(one chip)화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이를 위하여, 무선 신호(Radio Frequency signal; RF)를 직접 처리할 수 있는 ADC의 설계 기술이 최대 쟁점으로 부각되고 있다.Recently, as the use of mixed-mode systems has increased, the necessity of analog digital converters (ADCs) has increased. In particular, systems such as a digital video disk player (DVDP) or a direct broadcast for satellite receiver (DRSR) have been actively researched for one chip through a CMOS process for a low price. To this end, the design technology of an ADC capable of directly processing a radio frequency signal (RF) is emerging as the biggest issue.

현재까지 다양한 타입의 ADC들이 제안되었다. 예를 들어, 플래시 ADC(Flash ADC), 파이프라인 ADC(Pipeline ADC) 및 연속 근사 ADC(Successive Approximation Register ADC, 이하 SAR ADC) 등이 제안되었으며, 각각의 특성에 맞는 응용분야에서 사용되고 있다. 플래시 ADC는 비교적 빠르게 동작하나, 높은 전력 소모율을 갖는 단점이 있다. 파이프라인 ADC는 빠른 동작 특성 및 높은 해상도를 지원하나, 큰 면적을 필요로 하는 단점이 있다. SAR ADC는 회로의 낮은 전력 소모율을 갖고 회로 구성이 간단하나, 비교적 느리게 동작한다는 단점이 있다. To date, various types of ADCs have been proposed. For example, Flash ADCs, Pipeline ADCs, and Successive Approximation Register ADCs (SAR ADCs) have been proposed, and are used in applications suitable for their characteristics. Flash ADCs operate relatively fast, but have the disadvantage of having high power consumption. Pipeline ADCs support fast operating characteristics and high resolution, but require a large area. SAR ADCs have a low power consumption of the circuit and are simple in circuit configuration, but have the disadvantage of operating relatively slowly.

본 발명의 목적은 동작 속도를 개선하면서, 동시에 아날로그 디지털 변환의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a continuous approximation analog-to-digital converter that can improve the operation speed and at the same time improve the reliability of analog-to-digital conversion.

본 발명의 실시 예에 따른 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 동작 방법은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 디지털 변환에 소요된 시간이 디지털 변환에 할당된 시간과 일치하는 지를 판단하는 단계; 및 상기 디지털 변환에 소요된 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간과 일치하지 않는 경우, 전단 증폭 시간을 조정하는 단계를 포함한다.A method of operating a continuous approximation analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention includes converting an analog signal into a digital signal; Determining whether the time required for the digital conversion matches the time allocated for the digital conversion; And adjusting the shear amplification time if the time spent on the digital conversion does not match the time allocated to the digital conversion.

실시 예로써, 상기 전단 증폭 시간을 조정하는 단계는 상기 디지털 변환에 소요된 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간보다 짧은 경우, 전단 증폭 시간을 증가하는 단계를 포함한다.In an embodiment, adjusting the shear amplification time may include increasing the shear amplification time if the time required for the digital conversion is shorter than the time allocated to the digital conversion.

실시 예로써, 상기 전단 증폭 시간을 조정하는 단계는 상기 디지털 변환에 소요된 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간보다 긴 경우, 전단 증폭 시간을 감소시키는 단계를 더 포함한다.In an embodiment, the step of adjusting the shear amplification time may further include reducing the shear amplification time when the time required for the digital conversion is longer than the time allocated to the digital conversion.

본 발명의 실시 예에 따른 연속 근사 아날로그 디지털 변환기는 컨트롤러; 상기 컨트롤러의 제어에 응답하여, 클럭 신호들을 발생하는 비동기 클럭 발생 회로; 및 상기 클럭 신호들에 응답하여, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 변환부를 포함하며, 상기 디지털 변환부에서 상기 디지털 변환을 수행하는데 소요되는 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간과 일치하지 않는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 디지털 변환부에서 수행되는 전단 증폭 시간을 조정한다.Continuous approximation analog to digital converter according to an embodiment of the present invention is a controller; An asynchronous clock generation circuit for generating clock signals in response to the control of the controller; And a digital converter converting an analog signal into a digital signal in response to the clock signals, wherein the time required for performing the digital conversion in the digital converter does not match the time allocated to the digital conversion. The controller adjusts the shear amplification time performed by the digital converter.

실시 예로써, 상기 디지털 변환부는 전단 증폭 동작을 통하여, 입력 전압들의 크기를 비교하는 비교기; 및 상기 비교기에 연결된 변환 확인부를 포함하며, 상기 변환 확인부는 상기 비교기의 비교 동작 완료 시점에 관한 정보를 상기 컨트롤러에 제공한다.In some embodiments, the digital converter may include a comparator configured to compare magnitudes of input voltages through a shear amplification operation; And a conversion confirmation unit connected to the comparator, wherein the conversion confirmation unit provides the controller with information regarding a time point at which the comparison operation of the comparator is completed.

실시 예로써, 상기 비교기는 지연 회로를 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 지연 회로의 지연 시간을 증가시킴으로써 상기 전단 증폭 시간을 조정한다.In an embodiment, the comparator includes a delay circuit, and the controller adjusts the shear amplification time by increasing the delay time of the delay circuit.

실시 예로써, 상기 비교기는 복수의 전단 증폭기들이 다단으로 연결된 다단 증폭기; 상기 다단 증폭기의 출력단에 연결된 래치; 상기 복수의 전단 증폭기들로부터 출력되는 전압들을 각각 저장하는 복수의 커패시터들; 상기 복수의 전단 증폭기들의 출력단들에 각각 연결되어 상기 복수의 전단 증폭기들의 출력들에서 옵셋을 각각 제거하는 복수의 옵셋 제거 스위치들; 및 상기 복수의 전단 증폭기들의 출력단에 각각 연결되어 상기 복수의 전단 증폭기들의 출력들을 각각 리셋시키는 복수의 리셋 스위치들을 포함한다.In an embodiment, the comparator may include a multistage amplifier having a plurality of front end amplifiers connected in multiple stages; A latch coupled to the output of the multistage amplifier; A plurality of capacitors respectively storing voltages output from the plurality of front end amplifiers; A plurality of offset cancellation switches respectively connected to output ends of the plurality of front end amplifiers to respectively remove offsets from the outputs of the plurality of front end amplifiers; And a plurality of reset switches connected to output ends of the plurality of front end amplifiers, respectively, for resetting outputs of the plurality of front end amplifiers.

실시 예로써, 상기 디지털 변환부에서 상기 디지털 변환을 수행하는데 소요되는 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간과 일치하지 않는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 클럭 신호들 중 상기 전단 증폭 시간을 제어하는 클럭 신호의 듀티비를 조정한다.In an embodiment, when the time required to perform the digital conversion in the digital conversion unit does not match the time allocated to the digital conversion, the controller is further configured to control the front end amplification time of the clock signals. Adjust the duty ratio.

실시 예로써, 상기 디지털 변환부에서 상기 디지털 변환을 수행하는데 소요되는 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간보다 짧은 경우, 상기 컨트롤러는 상기 전단 증폭 시간을 제어하는 클럭 신호의 듀티비를 증가시킨다.In an embodiment, when the time required to perform the digital conversion in the digital conversion unit is shorter than the time allocated to the digital conversion, the controller increases the duty ratio of the clock signal controlling the shear amplification time.

실시 예로써, 상기 디지털 변환부에서 상기 디지털 변환을 수행하는데 소요되는 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간보다 긴 경우, 상기 컨트롤러는 상기 전단 증폭 시간을 제어하는 클럭 신호의 듀티비를 감소시킨다.In an embodiment, when the time required to perform the digital conversion in the digital conversion unit is longer than the time allocated to the digital conversion, the controller reduces the duty ratio of the clock signal controlling the shear amplification time.

본 발명의 실시 예에 따른 연속 근사 아날로그 디지털 변환기는 래치 동작의 최적화를 통하여 아날로그 디지털 변환의 동작 속도를 개선함과 동시에, 아날로그 디지털 변환의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. The continuous approximation analog-to-digital converter according to the embodiment of the present invention can improve the operation speed of the analog-to-digital conversion and optimize the reliability of the analog-to-digital conversion by optimizing the latch operation.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 SAR ADC를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 SAR ADC의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 SAR ADC를 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 3의 SAR ADC의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 도 3의 SAR ADC의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6 내지 도 8은 도 3의 비교기의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a block diagram illustrating a SAR ADC according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing diagram for describing an operation of the SAR ADC of FIG. 1.
3 is a block diagram illustrating a SAR ADC according to another exemplary embodiment of the present invention.
4 is a timing diagram for describing an operation of the SAR ADC of FIG. 3.
5 is a flowchart illustrating an operation of a SAR ADC of FIG. 3.
6 to 8 are diagrams for describing an example of the comparator of FIG. 3.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 SAR ADC(100)를 보여주는 블록도이다. 도 1의 SAR ADC(100)는 비동기 클럭 신호(asynchronous clock signal)를 이용함으로써, 일반적인 SAR ADC에 비하여 동작 속도를 향상시킨다. 도 1을 참조하면, SAR ADC(100)는 디지털 변환부(110), 비동기 클럭 발생 회로(120), 그리고 SAR 컨트롤러(130)를 포함한다.1 is a block diagram illustrating a SAR ADC 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. The SAR ADC 100 of FIG. 1 uses an asynchronous clock signal to improve operating speed compared to a typical SAR ADC. Referring to FIG. 1, the SAR ADC 100 includes a digital converter 110, an asynchronous clock generation circuit 120, and a SAR controller 130.

디지털 변환부(110)는 비동기 클럭 발생 회로(120)로부터 클럭 신호들(Qsmp, Qcvs, Qpre, Qlatch)을 수신한다. 디지털 변환부(110)는 클럭 신호들(Qsmp, Qcvs, Qpre, Qlatch)에 응답하여, 아날로그 입력 전압(Vin)을 디지털 신호로 변환한다. 디지털 변환부(110)는 디지털 아날로그 변환기(digital analog conver, 이하 DAC), 비교기(112), 그리고 SAR 논리 회로(113)를 포함한다. The digital converter 110 receives the clock signals Qsmp, Qcvs, Qpre, and Qlatch from the asynchronous clock generation circuit 120. The digital converter 110 converts the analog input voltage Vin into a digital signal in response to the clock signals Qsmp, Qcvs, Qpre, and Qlatch. The digital converter 110 includes a digital analog converter (DAC), a comparator 112, and a SAR logic circuit 113.

DAC(111)는 아날로그 입력 전압(Vin) 및 기준 전압(Vref)을 수신하고, 아날로그 입력 전압(Vin)을 샘플링(sampling)한다. DAC(111)는 디지털 비트들(D0~Dn)을 수신하고, 디지털 비트들(D0~Dn)에 응답하여 제 1 및 제 2 레벨 전압(Vn, Vp)을 생성한다. DAC(111)는 서로 다른 커패시턴스(capacitance)를 갖는 복수의 캐패시터들 및 복수의 스위치들을 이용하여 구현될 수 있다. The DAC 111 receives the analog input voltage Vin and the reference voltage Vref, and samples the analog input voltage Vin. The DAC 111 receives the digital bits D0 to Dn and generates first and second level voltages Vn and Vp in response to the digital bits D0 to Dn. The DAC 111 may be implemented using a plurality of capacitors and a plurality of switches having different capacitances.

비교기(112)는 DAC(111)로부터 제 1 및 제 2 레벨 전압(Vn, Vp)을 수신한다. 비교기(112)는 제 1 및 제 2 레벨 전압(Vn, Vp)의 크기를 비교하고, 논리 하이(high) 또는 논리 로우(low)의 비교 신호를 출력한다. SAR 논리 회로(113)는 비교기(112)로부터 비교 신호를 수신하고, 이를 이용하여 디지털 비트들(D0~Dn)의 값을 결정한다.The comparator 112 receives the first and second level voltages Vn and Vp from the DAC 111. The comparator 112 compares the magnitudes of the first and second level voltages Vn and Vp and outputs a comparison signal of logic high or logic low. The SAR logic circuit 113 receives the comparison signal from the comparator 112 and uses the same to determine the values of the digital bits D0 to Dn.

비동기 클럭 발생 회로(120)는 디지털 변환부(110)의 샘플링 동작 및 디지털 변환 동작을 제어하기 위한 클럭 신호들(Qsmp, Qcvs, Qpre, Qlatch)을 발생하고, SAR 컨트롤러(130)는 SAR ADC(100)의 전반적인 동작을 제어한다. The asynchronous clock generation circuit 120 generates clock signals Qsmp, Qcvs, Qpre, and Qlatch for controlling the sampling operation and the digital conversion operation of the digital conversion unit 110, and the SAR controller 130 generates a SAR ADC ( 100) to control the overall operation.

도 2는 도 1의 SAR ADC(100)의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, SAR ADC(100)의 동작이 좀더 자세히 설명된다.FIG. 2 is a timing diagram for describing an operation of the SAR ADC 100 of FIG. 1. Hereinafter, the operation of the SAR ADC 100 will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.

SAR ADC(100)의 동작은 크게 샘플링 동작(sampling operation)과 디지털 변환 동작(digital converting operation)으로 구분된다. 즉, 아날로그 입력 전압(Vin)이 제공되면, DAC(111)는 아날로그 입력 전압(Vin)을 샘플링한다. 이 후, SAR ADC(100)는 아날로그 입력 전압(Vin)의 디지털 비트들(D0~Dn)을 결정한다. The operation of the SAR ADC 100 is largely divided into a sampling operation and a digital converting operation. That is, when the analog input voltage Vin is provided, the DAC 111 samples the analog input voltage Vin. Thereafter, the SAR ADC 100 determines the digital bits D0 to Dn of the analog input voltage Vin.

디지털 변환 동작은 크게 전단 증폭 동작(pre-amplifying operation)과 래치 동작(latch operation)으로 구분된다. 즉, 비교기(112)는 전단 증폭기(미도시)와 래치(미도시)를 포함하며, 전단 증폭기는 제 1 및 제 2 레벨 전압(Vn, Vp)의 차이를 증폭한다. 래치는, 예를 들어, 제 1 레벨 전압(Vn)이 제 2 레벨 전압(Vp)보다 크면 '1'을 래치하고, 제 1 레벨 전압(Vn)이 제 2 레벨 전압(Vp)보다 작으면 '0'을 래치한다. 설명의 편의상, 도 2에서는 DAC(111) 및 SAR 논리 회로(113)에 의한 지연(delay)은 생략된다. The digital conversion operation is classified into a pre-amplifying operation and a latch operation. That is, the comparator 112 includes a front end amplifier (not shown) and a latch (not shown), and the front end amplifier amplifies the difference between the first and second level voltages Vn and Vp. For example, the latch latches '1' when the first level voltage Vn is greater than the second level voltage Vp, and when the first level voltage Vn is less than the second level voltage Vp. Latch 0 '. For convenience of description, delays by the DAC 111 and the SAR logic circuit 113 are omitted in FIG. 2.

도 2에 도시된 바와 같이, SAR ADC(100)에서 래치 동작은 비동기 클럭 신호인 Qlatch 신호에 의하여 제어될 수 있다. 즉, SAR 컨트롤러(130)는 래치 완료 동작이 완료되는 시점을 모니터링(monitoring)하고, 비동기 클럭 발생 회로(120)는 최적의 래치 동작을 지원하는 Qlatch 신호를 생성한다. 따라서, 도 1의 SAR ADC(100)는 일반적인 SAR ADC에 비하여 동작 속도를 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 2, the latch operation in the SAR ADC 100 may be controlled by a Qlatch signal, which is an asynchronous clock signal. That is, the SAR controller 130 monitors a time point at which the latch completion operation is completed, and the asynchronous clock generation circuit 120 generates a Qlatch signal supporting the optimal latch operation. Therefore, the SAR ADC 100 of FIG. 1 may improve the operation speed as compared to a general SAR ADC.

한편, 일반적으로, SAR ADC는 공정의 변화(process variation)에 따른 성능 저하의 문제를 고려하여 설계된다. 즉, SAR ADC는 가장 열악한 조건(slow-slow condition)에서도 정상적으로 동작하여야 하며, 따라서 SAR ADC는 가장 열악한 조건에 최적화되도록 설계된다. 이 경우, 보통의 조건(normal condition) 또는 가장 좋은 조건(fast-fast)에서, 실제 디지털 변환이 수행되는 시간은 설계 과정에서 할당된 시간에 비하여 빨리 수행된다.On the other hand, in general, SAR ADC is designed in consideration of the problem of performance degradation due to process variation (process variation). That is, the SAR ADC should operate normally even in the slowest-slow conditions, and therefore the SAR ADC is designed to be optimized for the harshest conditions. In this case, under normal or fast-fast time, the actual digital conversion time is performed faster than the time allocated in the design process.

예를 들어, 도 2의 SAR ADC(100)가 가장 열악한 조건에 최적화되도록 설계되고, 가장 좋은 조건에서 동작한다고 가정하자. 이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, SAR ADC(100)는 'Tm'의 시간 동안 실제 데이터 변환 동작을 수행할 수 있다. 결국, 'Tr'의 잔여 시간(remained time)이 발생할 수 있다. 이하에서는, 이러한 잔여 시간을 활용하여 SAR ADC의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 본 발명의 다른 실시 예가 설명될 것이다. For example, assume that the SAR ADC 100 of FIG. 2 is designed to be optimized for the worst conditions and operates at the best conditions. In this case, as shown in FIG. 2, the SAR ADC 100 may perform an actual data conversion operation for a time of 'Tm'. As a result, a remaining time of 'Tr' may occur. Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described that can utilize the remaining time to improve the reliability of the SAR ADC.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 SAR ADC(200)를 보여주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, SAR ADC(200)는 디지털 변환부(210), 비동기 클럭 발생 회로(220) 및 SAR 컨트롤러(230)를 포함한다. 도 3의 SAR ADC(200)는 도 1의 SAR ADC(100)와 유사하다. 따라서, 이하에서는 도 1의 SAR ADC(100)의 차이점이 중점적으로 설명된다.3 is a block diagram illustrating a SAR ADC 200 according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the SAR ADC 200 includes a digital converter 210, an asynchronous clock generation circuit 220, and a SAR controller 230. The SAR ADC 200 of FIG. 3 is similar to the SAR ADC 100 of FIG. 1. Therefore, the differences of the SAR ADC 100 of FIG. 1 will be described below.

도 3의 SAR ADC(200)는 정상 모드(normal mode) 및 디지털 변환 최적 모드(digital converting optimize mode)를 지원한다. 정상 모드(normal mode)에서, SAR ADC(200)는 통상의 아날로그 디지털 변환 동작을 수행한다. 이는 도 1 및 도 2의 설명과 유사하므로, 자세한 설명은 생략된다. The SAR ADC 200 of FIG. 3 supports a normal mode and a digital converting optimize mode. In normal mode, the SAR ADC 200 performs a normal analog-to-digital conversion operation. Since this is similar to the description of FIGS. 1 and 2, the detailed description is omitted.

디지털 변환 최적 모드에서, 도 3의 SAR ADC(200)는 잔여 시간을 전단 증폭 동작이 수행되는 시간에 할당한다. 따라서, 전단 증폭 동작이 수행되는 시간이 증가하므로, SAR ADC(200)의 디지털 변환 신뢰성이 향상될 수 있다. In the digital conversion optimal mode, the SAR ADC 200 of FIG. 3 allocates the remaining time to the time at which the shear amplification operation is performed. Therefore, since the time for performing the shear amplification operation is increased, the digital conversion reliability of the SAR ADC 200 can be improved.

자세히 설명하면, Cal_en 신호가 활성화되면, SAR ADC(200)는 디지털 변환 최적 모드에 진입한다. 즉, SAR 컨트롤러(230)는 Cal_en 신호를 활성화하고, SAR 컨트롤러(230)에 의하여 활성화된 Cal_en 신호는 디지털 변환부(210)에 제공된다. SAR 컨트롤러(230)는 외부의 요청에 응답하여 Cal_en 신호를 활성화할 수 있다. 또한, SAR 컨트롤러(230)는 미리 정해진 주기에 따라 Cal_en 신호를 활성화할 수 있다. In detail, when the Cal_en signal is activated, the SAR ADC 200 enters the digital conversion optimal mode. That is, the SAR controller 230 activates the Cal_en signal, and the Cal_en signal activated by the SAR controller 230 is provided to the digital converter 210. The SAR controller 230 may activate the Cal_en signal in response to an external request. In addition, the SAR controller 230 may activate the Cal_en signal at a predetermined cycle.

디지털 변환 최적 모드에 진입하면, 디지털 변환부(210)는 클럭 신호들(Qsmp, Qcvs, Qpre, Qlatch)에 응답하여 디지털 변환 동작을 수행한다. 디지털 변환 동작이 완료되면, 변환 확인부(214)는 Cvr_en 신호를 SAR 컨트롤러(230)에 제공한다. 즉, 변환 확인부(214)는 실제 디지털 변환 동작이 수행되는 시간에 관한 정보를 SAR 컨트롤러(230)에 제공된다. When the digital conversion optimum mode is entered, the digital conversion unit 210 performs a digital conversion operation in response to the clock signals Qsmp, Qcvs, Qpre, and Qlatch. When the digital conversion operation is completed, the conversion confirmation unit 214 provides the Cvr_en signal to the SAR controller 230. That is, the conversion confirmation unit 214 provides the SAR controller 230 with information about the time when the actual digital conversion operation is performed.

SAR 컨트롤러(230)는 변환 확인부(214)로부터 Cvr_en 신호를 수신한다. 즉, SAR 컨트롤러(230)는 변환 확인부(214)로부터 실제 디지털 변환 동작이 수행되는 시간에 관한 정보를 전달받는다. SAR 컨트롤러(230)는 설계 과정에서 디지털 변환 동작에 할당된 시간과 실제 디지털 변환 동작이 수행되는 시간을 비교하여, 잔여 시간이 존재하는 지를 판단한다.The SAR controller 230 receives the Cvr_en signal from the conversion confirming unit 214. That is, the SAR controller 230 receives information about the time at which the actual digital conversion operation is performed from the conversion confirmation unit 214. The SAR controller 230 compares the time allocated to the digital conversion operation with the time during which the actual digital conversion operation is performed, and determines whether there is a remaining time.

잔여 시간이 존재하는 경우, SAR 컨트롤러(230)는 전단 증폭 동작이 수행되는 시간이 증가하도록, 비동기 클럭 발생 회로(220)를 제어한다. 비동기 클럭 발생 회로(220)는 SAR 컨트롤러(230)의 제어에 응답하여, Qpre 신호의 듀티비(duty ratio)를 증가시킨다. If there is remaining time, the SAR controller 230 controls the asynchronous clock generation circuit 220 to increase the time for which the shear amplification operation is performed. The asynchronous clock generation circuit 220 increases the duty ratio of the Qpre signal in response to the control of the SAR controller 230.

이 후, 디지털 변환부(210)는 클럭 신호들(Qsmp, Qcvs, Qpre, Qlatch)에 응답하여 디지털 변환 동작을 수행한다. 이 경우, Qpr 신호의 듀티비가 증가했기 때문에, 비교기(212)에서 전단 증폭 동작이 수행되는 시간은 도 1의 비교기(112)에 비하여 증가한다. 따라서, 비교기(212)는 제 1 및 제 2 레벨 전압(Vn, Vp)의 크기를 도 1의 비교기(112)에 비하여 정확하게 비교할 수 있다. 결국, SAR ADC(200)의 신뢰성이 도 1의 SAR ADC(100)에 비하여 향상된다. Thereafter, the digital conversion unit 210 performs a digital conversion operation in response to the clock signals Qsmp, Qcvs, Qpre, and Qlatch. In this case, since the duty ratio of the Qpr signal is increased, the time for performing the shear amplification operation in the comparator 212 is increased compared to the comparator 112 of FIG. Accordingly, the comparator 212 may accurately compare the magnitudes of the first and second level voltages Vn and Vp with those of the comparator 112 of FIG. 1. As a result, the reliability of the SAR ADC 200 is improved compared to the SAR ADC 100 of FIG.

디지털 변환 동작이 완료되면, 변환 확인부(214)는 Cvr_en 신호를 SAR 컨트롤러(230)에 제공하고, SAR 컨트롤러(230)는 잔여 시간이 존재하는지 판단한다. 잔여 시간이 존재하는 경우, 상기한 디지털 변환 동작이 반복적으로 수행된다. 잔여 시간이 존재하지 않는 경우, 클럭 신호들(Qsmp, Qcvs, Qpre, Qlatch)의 상태가 유지된다. When the digital conversion operation is completed, the conversion confirmation unit 214 provides the Cvr_en signal to the SAR controller 230, and the SAR controller 230 determines whether there is a remaining time. If there is a remaining time, the above digital conversion operation is repeatedly performed. If there is no remaining time, the state of the clock signals Qsmp, Qcvs, Qpre, Qlatch is maintained.

도 4는 도 3의 SAR ADC(200)의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, SAR ADC(200)의 동작이 좀더 자세히 설명된다. 설명의 편의상 도 4에서는 샘플링 동작 및 디지털 변환 동작이 각각 'T1' 및 'T2' 시간 동안 수행되도록, SAR ADC(200)가 설계되었다고 가정된다. 4 is a timing diagram for describing an operation of the SAR ADC 200 of FIG. 3. Hereinafter, the operation of the SAR ADC 200 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4. For convenience of description, it is assumed in FIG. 4 that the SAR ADC 200 is designed such that the sampling operation and the digital conversion operation are performed for 'T1' and 'T2' times, respectively.

Cal_en 신호가 활성화되면, SAR ADC(200)는 디지털 변환 최적 모드에 진입한다. 이 후, 제 1 주기(cycle1)에서의 디지털 변환 동작이 수행된다.When the Cal_en signal is activated, the SAR ADC 200 enters the digital conversion optimal mode. Thereafter, the digital conversion operation in the first cycle cycle1 is performed.

구체적으로, Qsmp 신호가 활성화되고, DAC(211)는 'T1' 시간 동안 샘플링 동작을 수행한다. 이 후, Qcvs 신호가 활성화되고, 디지털 변환부(210)는 디지털 변환 동작을 수행한다. 이 경우, 변환 확인부(214)는 Qcvs 신호의 상승 에지(rising edge)에 동기되도록, Cvr_en 신호를 활성화한다. 제 1 주기에서의 디지털 변환 동작이 완료되면, 변환 확인부(214)는 Cvr_en 신호를 논리 하이에서 논리 로우로 천이한다. Specifically, the Qsmp signal is activated, and the DAC 211 performs a sampling operation for a 'T1' time. Thereafter, the Qcvs signal is activated, and the digital conversion unit 210 performs a digital conversion operation. In this case, the conversion confirming unit 214 activates the Cvr_en signal to be synchronized with the rising edge of the Qcvs signal. When the digital conversion operation in the first period is completed, the conversion confirmation unit 214 transitions the Cvr_en signal from logic high to logic low.

SAR 컨트롤러(230)는 변환 확인부(214)로부터 Cvr_en 신호를 수신하고, 잔여 시간이 존재하는지를 판단한다. 예를 들어, 도 4에서는 제 1 잔여 시간(Tr1)이 존재하는 것으로 가정된다. 이 경우, SAR 컨트롤러(230)는 전단 증폭 동작이 수행되는 시간이 증가하도록 비동기 클럭 발생 회로(220)를 제어한다. 비동기 클럭 발생 회로(220)는 SAR 컨트롤러(230)의 제어에 응답하여, Qpre 신호(도 2 참조)의 듀티비를 증가시킨다. 이 후, 제 2 주기(cycle2)에서의 디지털 변환 동작이 수행된다.The SAR controller 230 receives the Cvr_en signal from the conversion confirming unit 214 and determines whether there is a remaining time. For example, in FIG. 4, it is assumed that a first remaining time Tr1 exists. In this case, the SAR controller 230 controls the asynchronous clock generation circuit 220 to increase the time for which the shear amplification operation is performed. The asynchronous clock generation circuit 220 increases the duty ratio of the Qpre signal (see FIG. 2) in response to the control of the SAR controller 230. Thereafter, the digital conversion operation in the second cycle cycle2 is performed.

제 2 주기(cycle2)에서의 디지털 변환 동작이 완료된 후, 예시적으로, 제 2 잔여 시간(Tr2)이 존재하는 것으로 가정된다. 이 경우, 제 2 주기에서의 Qpre 신호의 듀티비는 제 1 주기에서의 Qpre 신호이 듀티비보다 증가되었다. 따라서, 제 2 잔여 시간(Tr2)은 제 1 잔여 시간(Tr1)에 비하여 짧다. 한편, 제 2 잔여 시간(Tr2)을 전단 증폭 동작이 수행되는 시간에 할당하기 위하여, SAR 컨트롤러(230)는 전단 증폭 동작이 수행되는 시간이 증가하도록 비동기 클럭 발생 회로(220)를 제어한다. 비동기 클럭 발생 회로(220)는 비동기 클럭 발생 회로(220)의 제어에 응답하여, Qpre 신호의 듀티비를 증가시킨다. 이 후, 제 3 주기(cycle3)에서의 디지털 변환 동작이 수행된다.After the digital conversion operation in the second cycle cycle2 is completed, for example, it is assumed that the second remaining time Tr2 exists. In this case, the duty ratio of the Qpre signal in the second period is increased than the duty ratio of the Qpre signal in the first period. Therefore, the second remaining time Tr2 is shorter than the first remaining time Tr1. Meanwhile, in order to allocate the second remaining time Tr2 to the time at which the shear amplification operation is performed, the SAR controller 230 controls the asynchronous clock generation circuit 220 to increase the time at which the shear amplification operation is performed. The asynchronous clock generation circuit 220 increases the duty ratio of the Qpre signal in response to the control of the asynchronous clock generation circuit 220. Thereafter, the digital conversion operation in the third cycle cycle3 is performed.

제 3 주기(cycle3)에서의 디지털 변환 동작이 완료된 후, 예시적으로, 초과 시간(Tv)이 존재하는 것으로 가정된다. 즉, 제 3 주기에서 디지털 변환 동작에 소요되는 시간(Tm3)이 디지털 변환 동작에 할당된 시간(T2)보다 길다고 가정된다. 여기서 초과 사간(Tv)은 실질적으로 디지털 변환 동작이 수행되는 시간(Tm3)에서 디지털 변환 동작에 할당된 시간(T2)을 제외한 시간(즉, Tv=T2-Tm3)을 의미한다. After the digital conversion operation in the third cycle cycle3 is completed, as an example, it is assumed that there is an excess time Tv. That is, it is assumed that the time Tm3 required for the digital conversion operation in the third period is longer than the time T2 allocated to the digital conversion operation. Here, the excess time Tv means a time (ie, Tv = T2-Tm3) excluding the time T2 allocated to the digital conversion operation from the time Tm3 at which the digital conversion operation is performed.

이 경우, SAR 컨트롤러(230)는 전단 증폭 동작이 수행되는 시간이 감소되도록 비동기 클럭 발생 회로(220)를 제어한다. 비동기 클럭 발생 회로(220)는 SAR 컨트롤러(230)의 제어에 응답하여, Qpre 신호의 듀티비를 감소시킨다. In this case, the SAR controller 230 controls the asynchronous clock generation circuit 220 to reduce the time for performing the shear amplification operation. The asynchronous clock generation circuit 220 reduces the duty ratio of the Qpre signal in response to the control of the SAR controller 230.

따라서, 이 후 제 4 주기(cycle4)에서, 실질적으로 디지털 변환 동작이 수행되는 시간(Tm4)과 디지털 변환 동작에 할당된 시간(T2)은 일치할 수 있다. 즉, 디지털 변환 최적화 동작이 완료된다. 이 경우, Cal_en 신호는 비활성화되며, SAR ADC(200)는 정상 모드(normal mode)에 진입한다. Therefore, in the fourth period cycle4 thereafter, substantially the time Tm4 at which the digital conversion operation is performed and the time T2 allocated to the digital conversion operation may coincide. In other words, the digital conversion optimization operation is completed. In this case, the Cal_en signal is deactivated and the SAR ADC 200 enters a normal mode.

도 5는 도 3의 SAR ADC(200)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating an operation of the SAR ADC 200 of FIG. 3.

S10 단계에서, Cal_en 신호가 활성화된다. Cal_en 신호가 활성화되면, SAR ADC(200)는 정상 모드(normal mode)에서 디지털 변환 최적화 모드(digital converting optimize mode)로 진입한다.In step S10, the Cal_en signal is activated. When the Cal_en signal is activated, the SAR ADC 200 enters the digital converting optimize mode from the normal mode.

S20 단계에서, 샘플링 동작이 수행되고, S30 단계에서 디지털 변환 동작이 수행된다. 이 경우, 도 2에서 설명한 바와 같이, 디지털 변환 동작은 전단 증폭 동작과 래치 동작을 포함할 것이다. In operation S20, a sampling operation is performed, and in operation S30, a digital conversion operation is performed. In this case, as described in FIG. 2, the digital conversion operation may include a shear amplification operation and a latch operation.

S40 단계에서, 잔여 시간(remained time)이 존재하는 지의 여부가 판단된다. 즉, 변환 확인부(214)는 실질적인 디지털 변환 동작의 소요 시간에 관한 정보를 SAR 컨트롤러(230)에 제공하고, SAR 컨트롤러(230)는 설계 과정에서 디지털 변환 동작에 할당된 시간과 실질적인 디지털 변환 동작의 소요 시간을 비교하여, 잔여 시간이 존재하는 지의 여부를 판단한다.In step S40, it is determined whether there is a remaining time. That is, the conversion confirmation unit 214 provides the SAR controller 230 with information about the time required for the actual digital conversion operation, and the SAR controller 230 provides the time allocated to the digital conversion operation and the actual digital conversion operation during the design process. By comparing the time required, it is determined whether the remaining time exists.

잔여 시간이 존재하는 경우, 전단 증폭 동작이 수행되는 시간이 증가한다(S50 단계). 즉, 비동기 클럭 발생 회로(220)는 SAR 컨트롤러(230)의 제어에 응답하여, Qpre 신호의 듀티비를 증가시킨다. 이 후, 샘플링 동작(S20) 및 디지털 변환 동작(S30)이 다시 수행된다.If the remaining time exists, the time for performing the shear amplification operation is increased (step S50). That is, the asynchronous clock generation circuit 220 increases the duty ratio of the Qpre signal in response to the control of the SAR controller 230. Thereafter, the sampling operation S20 and the digital conversion operation S30 are performed again.

잔여 시간이 존재하지 않는 경우, 초과 시간(over time)이 존재하는 지의 여부가 판단된다(S40). 즉, SAR 컨트롤러(230)는 설계 과정에서 디지털 변환 동작에 할당된 시간과 실질적인 디지털 변환 동작의 소요 시간을 비교하여, 초과 시간이 존재하는 지의 여부를 판단한다.If there is no remaining time, it is determined whether an over time exists (S40). That is, the SAR controller 230 compares the time allocated to the digital conversion operation with the time required for the actual digital conversion operation in the design process, and determines whether there is an excess time.

초과 시간이 존재하는 경우, 전단 증폭 동작이 수행되는 시간이 감소한다(S70 단계). 즉, 비동기 클럭 발생 회로(220)는 SAR 컨트롤러(230)의 제어에 응답하여, Qpre 신호의 듀티비를 감소시킨다. 이 후, 샘플링 동작(S20) 및 디지털 변환 동작(S30)이 다시 수행된다.If there is an excess time, the time for performing the shear amplification operation is reduced (step S70). That is, the asynchronous clock generation circuit 220 reduces the duty ratio of the Qpre signal in response to the control of the SAR controller 230. Thereafter, the sampling operation S20 and the digital conversion operation S30 are performed again.

초과 시간이 존재하지 않는 경우, Cal_en 신호는 비활성화되며(S80 단계), 디지털 변환 최적화 모드는 종료된다.If no timeout exists, the Cal_en signal is deactivated (step S80) and the digital conversion optimization mode is terminated.

한편, 도 3 내지 도 5에서는, 디지털 변환 최적화 모드 동안에 실질적으로 디지털 변환에 소요되는 시간(Tm4)과 설계 과정에서 디지털 변환 동작에 할당된 시간(T2)이 정확히 일치하는 것으로 설명된다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. Meanwhile, in FIGS. 3 to 5, it is described that the time Tm4 substantially spent on the digital conversion during the digital conversion optimization mode and the time T2 allocated to the digital conversion operation in the design process are exactly the same. However, this is for exemplary purposes only, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

예를 들어, Qpre 신호의 듀티비의 증가량의 단위가 큰 경우, 디지털 변환 최적화 모드 동안에 실질적으로 디지털 변환에 소요되는 시간과 설계 과정에서 디지털 변환 동작에 할당된 시간이 일치하지 않을 수 있다. 이 경우, 디지털 변환 최적화 모드에서 디지털 변환 동작이 수행되는 횟수는 소정 횟수로 제한될 수 있다. For example, if the unit of the increase amount of the duty ratio of the Qpre signal is large, substantially the time required for the digital conversion during the digital conversion optimization mode and the time allocated to the digital conversion operation during the design process may not match. In this case, the number of times the digital conversion operation is performed in the digital conversion optimization mode may be limited to a predetermined number.

한편, 전단 증폭기의 증폭 시간은 다양한 방법에 의하여 증가 또는 감소될 수 있다. 예를 들어, 전단 증폭기가 지연 회로(delay circuit)로 구현되는 경우, 전단 증폭기의 증폭 시간은 지연 회로의 지연 시간을 조절함으로써 용이하게 조절될 수 있다. 다른 예로, 전단 증폭기의 증폭 시간은 이하에서 설명될 다단 전압 비교기를 사용하여 조절될 수 있다. On the other hand, the amplification time of the shear amplifier can be increased or decreased by various methods. For example, when the front end amplifier is implemented in a delay circuit, the amplification time of the front end amplifier can be easily adjusted by adjusting the delay time of the delay circuit. As another example, the amplification time of the shear amplifier can be adjusted using a multistage voltage comparator, described below.

도 6 내지 도 8은 도 3의 비교기(212)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 6 내지 도 8에서는 도 3의 비교기(212)의 예로써, 다단 전압 비교기가 도시되어 있다. 설명의 편의상, 동일한 구성 요소 및 신호는 동일한 참조 번호 및 기호를 사용하여 설명된다. 도 6 내지 도 8의 다단 전압 비교기(212)는 전단 증폭기의 증폭 시간을 조정할 수 있으며, 특히 전단 증폭기의 증폭 시간을 최소화하는데 유효하다. 6 to 8 are diagrams for describing an example of the comparator 212 of FIG. 3. 6 through 8 illustrate multi-stage voltage comparators as examples of the comparator 212 of FIG. 3. For ease of description, the same components and signals are described using the same reference numerals and symbols. The multi-stage voltage comparator 212 of FIGS. 6 to 8 can adjust the amplification time of the shear amplifier, and is particularly effective for minimizing the amplification time of the shear amplifier.

도 6 및 도 7은 다단 전압 비교기(212)를 설명하기 위한 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 다단 전압 비교기(212)는 제 1 내지 제 3 전단 증폭기(A21~A23)가 다단으로 연결된 다단 증폭기(A), 다단 증폭기(A)의 출력단에 연결된 래치(L), 제1 내지 제 3 전단 증폭기(A21~A23)로부터 출력되는 전압을 저장하는 제 1 내지 제 6 커패시터들(C1~C6), 제 1 내지 제 3 전단 증폭기(A21~A23)의 출력단에 연결된 제 1 내지 제 6 리셋 스위치(Srs1~Srs6), 그리고 제 1 내지 제 6 옵셋 제거 스위치(Sof1~Sof6)를 포함한다. 6 and 7 are diagrams for describing the multi-stage voltage comparator 212. 6 and 7, the multi-stage voltage comparator 212 includes a multi-stage amplifier A having first to third shear amplifiers A21 to A23 connected in multiple stages, and a latch L connected to an output terminal of the multi-stage amplifier A. ) Are connected to output terminals of the first to sixth capacitors C1 to C6 and the first to third shear amplifiers A21 to A23 that store voltages output from the first to third shear amplifiers A21 to A23. The first to sixth reset switches Srs1 to Srs6, and the first to sixth offset elimination switches Sof1 to Sof6 are included.

이하에서는 각 구성 요소간의 연결 관계가 간략히 설명된다.In the following, the connection relationship between each component is briefly described.

제 1 전단 증폭기(A21)의 출력단과 제 2 전단 증폭기(A22)의 입력단 사이에는 제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)가 연결된다. 제 2 전단 증폭기(A22)의 출력단과 제 3 전단 증폭기(A23)의 입력단 사이에는 제 3 및 제 4 커패시터(C3, C4)가 연결된다. 제 3 전단 증폭기(A23)의 출력단과 래치(L)의 입력단 사이에는 제 5 및 제 6 캐패시터(C5, C6)가 연결된다.First and second capacitors C1 and C2 are connected between an output terminal of the first front amplifier A21 and an input terminal of the second front amplifier A22. The third and fourth capacitors C3 and C4 are connected between the output terminal of the second front end amplifier A22 and the input terminal of the third front end amplifier A23. Fifth and sixth capacitors C5 and C6 are connected between the output terminal of the third front end amplifier A23 and the input terminal of the latch L.

제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)의 일단에는 제 1 클럭(CK1)에 응답하여 동작하는 제 1 및 제 2 리셋 스위치(Srs1, Srs2)가 연결된다. 제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)의 타단에는 제 2 클럭(CK2)에 응답하여 동작하는 제 1 및 제 2 옵셋 제거 스위치(Sof1, Sof2)가 연결된다. 제 3 및 제 4 커패시터(C3, C4)의 일단에는 제 3 클럭(CK3)에 응답하여 동작하는 제 3 및 제 4 리셋 스위치(Srs3, Srs4)가 연결된다. 제 3 및 제 4 커패시터(C3,C4)의 타단에는 제 4 클럭(Ck)에 응답하여 동작하는 제 3 및 제 4 옵셋 제거 스위치(Sof3, Sof4)가 연결된다. 제 5 및 제 6 커패시터(C5, C6)의 일단에는 제 5 클럭(CK5)에 응답하여 동작하는 제 5 및 제 6 리셋 스위치(Srs5, Srs6)가 연결된다. 제 5 및 제 6 커패시터(C5, C6)의 타단에는 제 6 클럭(CK6)에 응답하여 동작하는 제 5 및 제 6 옵셋 제거 스위치(Sof5, Sof6)가 연결된다. One end of the first and second capacitors C1 and C2 is connected to the first and second reset switches Srs1 and Srs2 that operate in response to the first clock CK1. The other ends of the first and second capacitors C1 and C2 are connected to the first and second offset elimination switches Sof1 and Sof2 that operate in response to the second clock CK2. One end of the third and fourth capacitors C3 and C4 is connected to the third and fourth reset switches Srs3 and Srs4 which operate in response to the third clock CK3. The other end of the third and fourth capacitors C3 and C4 is connected to the third and fourth offset elimination switches Sof3 and Sof4 which operate in response to the fourth clock Ck. One end of the fifth and sixth capacitors C5 and C6 is connected to fifth and sixth reset switches Srs5 and Srs6 that operate in response to the fifth clock CK5. The other ends of the fifth and sixth capacitors C5 and C6 are connected to fifth and sixth offset elimination switches Sof5 and Sof6 that operate in response to the sixth clock CK6.

도 6에서는 설명의 편의상, 3단의 다단 증폭기(A)에 래치(l)가 연결된 구조가 예시적으로 도시되었다. 다만 이는 예시적인 것으로, 본 발명은 2단 이상의 다단 증폭기를 갖는 구조에 모두 적용가능하다. In FIG. 6, for convenience of description, a structure in which the latch 1 is connected to the three-stage multi-stage amplifier A is exemplarily illustrated. However, this is merely an example, and the present invention is applicable to any structure having a multistage amplifier of two or more stages.

도 6의 다단 전압 비교기(212)는 제 1 내지 제 6 옵셋 제거 스위치(Sof1~Sof6)를 통해 전단 증폭기들(A21~A23)의 출력에서 옵셋을 제거한다. 다단 전압 비교기(212)는 제 1 내지 제 6 리셋 스위치(Srs1~Srs6)를 통해 전단 증폭기들(A21~A23)의 출력 회복 시간(recovery time)을 최소화한다. 따라서, 도 6의 다단 전압 비교기(212)는 고속 동작이 가능하며, 또한 전단 증폭 시간을 조정할 수 있다. The multi-stage voltage comparator 212 of FIG. 6 removes the offset from the outputs of the front end amplifiers A21 to A23 through the first to sixth offset elimination switches Sof1 to Sof6. The multi-stage voltage comparator 212 minimizes the output recovery time of the front-end amplifiers A21 to A23 through the first to sixth reset switches Srs1 to Srs6. Thus, the multi-stage voltage comparator 212 of FIG. 6 can operate at high speed and can also adjust the shear amplification time.

도 8은 도 6의 다단 전압 비교기(212)의 동작을 자세히 설명하기 위한 것으로, 도 7의 타이밍도에서 사선 부분을 확대하여 나타낸 타이밍도이다.FIG. 8 illustrates an operation of the multi-stage voltage comparator 212 of FIG. 6 in detail, and is an enlarged timing diagram of an oblique portion in the timing diagram of FIG. 7.

도 8을 참조하면, 다단 전압 비교기(212)에 제 1 및 제 2 레벨 전압(Vn, Vp)이 제공되는 경우, 제 1 및 제 2 리셋 스위치(Srs1,Srs2)는 제 1 클럭(CK1)에 응답하여 턴 온 상태를 유지한다. 따라서, 초기 동작 시간(tao) 동안 제 1 전단 증폭기(A21)의 출력이 리셋된다. 즉, 제 1 클럭 (CK1)은 제 1 및 제 2 레벨 전압(Vn, Vp)의 교차 시점 이후까지 논리 하이를 유지하며, 제 1 전단 증폭기(A21)의 전달 지연 시간을 감소시키는 역할을 한다.Referring to FIG. 8, when the first and second level voltages Vn and Vp are provided to the multi-stage voltage comparator 212, the first and second reset switches Srs1 and Srs2 are connected to the first clock CK1. Respond and stay on. Therefore, the output of the first front end amplifier A21 is reset during the initial operation time tao. That is, the first clock CK1 maintains logic high until after the crossing point of the first and second level voltages Vn and Vp, and serves to reduce the propagation delay time of the first front end amplifier A21.

그 후, 제 1 전단 증폭기(A21)는 제 1 동작 시간(ta1) 동안 교차 시점 이후의 제 1 및 제 2 입력 전압(Vn, Vp)의 차이를 증폭하고, 제 1 및 제 2 출력 전압(Va, Vb)을 출력한다. Thereafter, the first front-end amplifier A21 amplifies the difference between the first and second input voltages Vn and Vp after the crossing point during the first operating time ta1 and the first and second output voltages Va. , Vb).

이와 유사한 방식으로, 제 3 클럭(CK3)은 제 1 전단 증폭기(A21)의 출력 전압(Va, Vb)의 교차 시점 이후까지 논리 하이를 유지하며, 제 5 클럭(CK5)은 제 2 전단 증폭기(A22)의 출력 전압(Vc, Vd)의 교차 시점 이후까지 논리 하이를 유지한다.In a similar manner, the third clock CK3 remains logic high until after the crossing point of the output voltages Va and Vb of the first front end amplifier A21, and the fifth clock CK5 has the second front end amplifier ( The logic high is maintained until after the crossing point of the output voltages Vc and Vd of A22).

따라서, 제 2 전단 증폭기(A22)는 제 3 클럭(CK3)에 응답하여 ta0+ta1 시간 동안 리셋되고, ta2 시간 동안 제 1 및 제 2 출력 전압(Va, Vb)의 차이를 증폭한다. 그리고, 제 3 전단 증폭기(A23)는 제 5 클럭(CK5)에 응답하여 ta0+ta1+ta2 시간 동안 리셋되고, ta3 시간 동안 제 3 및 제 4 출력 전압(Vc, Vd)의 차이를 증폭한다.Accordingly, the second front end amplifier A22 is reset for a ta0 + ta1 time in response to the third clock CK3 and amplifies the difference between the first and second output voltages Va and Vb during the ta2 time. The third front-end amplifier A23 is reset for a ta0 + ta1 + ta2 time in response to the fifth clock CK5 and amplifies the difference between the third and fourth output voltages Vc and Vd during the ta3 time.

즉, 제 1 및 제 2 레벨 전압(Vn, Vp)이 교차되는 시점까지 제 1 전단 증폭기(A21)의 리셋을 유지하는 것으로 충분하지만, 여러 이유로 제 1 클럭(CK1)이 제 1 및 제 2 레벨 전압(Vn, Vp)의 교차 지점을 놓칠 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 제 3 클럭(CK3) 및 제 5 클럭(CK5)을 이용하여, 제 2 및 제 3 전단 증폭기(A22, A23)에서도 레벨 전압의 교차점까지 리셋 상태가 유지되도록 한다. That is, it is sufficient to maintain the reset of the first front end amplifier A21 until the point where the first and second level voltages Vn and Vp intersect, but for a variety of reasons, the first clock CK1 is the first and second level. The intersection of the voltages Vn and Vp may be missed. In order to prevent this, the reset state is maintained up to the intersection of the level voltages in the second and third front end amplifiers A22 and A23 using the third clock CK3 and the fifth clock CK5.

또한, 제 1 전단 증폭기(A21)의 증폭에 의해 제 2 및 제 3 전단 증폭기(A22, A23)에 큰 입력 전압이 제공될 경우, 래치(L)에 제 5 및 제 6 입력 전압(Ve, Vf)이제공되기 전에, 제 2 및 제 3 전단 증폭기(A22, A23)가 포화될 수 있다. 따라서, 출력 회복 시간이 길어질 수 있다. 이 경우, 제 3 클럭(CK3)과 제 5 클럭(CK5)을 이용하여 제 2 및 제 3 전단 증폭기(A22, A23)를 리셋시킴으로써, 출력 회복 시간이 최소화될 수 있다. 즉, 각 전단 증폭기(A21~A23)에 입력되는 입력 전압의 교차점까지만 제 1, 제 3 및 제 5 클럭(CK1, CK3, CK5)을 논리 하이로 유지함으로써, 출력 회복 시간이 최소화될 수 있다.In addition, when a large input voltage is provided to the second and third front end amplifiers A22 and A23 by amplification of the first front end amplifier A21, the fifth and sixth input voltages Ve and Vf are provided to the latch L. Before) is provided, the second and third shear amplifiers A22 and A23 may be saturated. Thus, the output recovery time can be long. In this case, the output recovery time can be minimized by resetting the second and third front end amplifiers A22 and A23 using the third clock CK3 and the fifth clock CK5. That is, the output recovery time can be minimized by keeping the first, third, and fifth clocks CK1, CK3, and CK5 at logic high only up to the intersection of the input voltages input to the respective front-end amplifiers A21 to A23.

따라서, 다단 전압 비교기의 설계 시, 앞 단에는 상대적으로 빠른 동작 속도를 갖는 전단 증폭기를 배치하고 뒷 단에는 상대적으로 느린 동작 속도를 갖는 전단 증폭기를 배치하면, 동일한 동작 속도를 갖는 전담 증폭기를 이용하면서도, 종래의 다단 전압 비교기에 비하여 전체적인 동작 속도가 향상될 수 있다. Therefore, when designing a multi-stage voltage comparator, if a front amplifier having a relatively high operating speed is arranged at the front stage and a relatively slow operating speed is arranged at the rear stage, a dedicated amplifier having the same operating speed may be used. As compared with the conventional multi-stage voltage comparator, the overall operating speed can be improved.

한 편, 도 6 내지 도 8에서는 서로 다른 3 개의 클럭(CK1, CK3, CK5)을 이용하여 각 전단 증폭기(A21~A23)의 출력을 리셋하나, 이는 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 하나의 클럭을 이용하여 각 전단 증폭기(A21~A23)를 리셋하는 것도 가능하다. 이 경우, 가장 긴 주기를 갖는 제 5 클럭(CK5)을 이용하는 것이 제 1 및 제 3 클럭(CK1, CK3)을 이용하는 것에 비하여 고속 동작에 유리하다. 6 to 8 reset the output of each of the front end amplifiers A21 to A23 using three different clocks CK1, CK3, and CK5, but it should be understood as an example. For example, it is also possible to reset each of the front end amplifiers A21 to A23 using one clock. In this case, using the fifth clock CK5 having the longest period is advantageous for high speed operation as compared to using the first and third clocks CK1 and CK3.

한편, 본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 이 분야에 숙련된 자들에게 자명하다. 상술한 내용을 고려하여 볼 때, 만약 본 발명의 수정 및 변경이 아래의 청구항들 및 동등물의 범주 내에 속한다면, 본 발명이 이 발명의 변경 및 수정을 포함하는 것으로 여겨진다.On the other hand, it is apparent to those skilled in the art that the structure of the present invention can be variously modified or changed without departing from the scope or technical spirit of the present invention. In view of the foregoing, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they fall within the scope of the following claims and equivalents.

ADC: Analog Digital Converter DAC: Digital Analog Converter
SAR: Successive Approximation Register
100, 200: 연속 근사 아날로그 디지털 변환기(SAR ADC)
110, 210: 디지털 변환부 120, 220: 비동기 클럭 발생 회로
130, 230: SAR 컨트롤러
ADC: Analog Digital Converter DAC: Digital Analog Converter
SAR: Successive Approximation Register
100, 200: continuous approximation analog-to-digital converter (SAR ADC)
110, 210: digital converter 120, 220: asynchronous clock generation circuit
130, 230: SAR controller

Claims (10)

아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 디지털 변환에 소요된 시간이 디지털 변환에 할당된 시간과 일치하는 지를 판단하는 단계; 및
상기 디지털 변환에 소요된 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간과 일치하지 않는 경우, 전단 증폭 시간을 조정하는 단계를 포함하는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 동작 방법.
Converting an analog signal into a digital signal;
Determining whether the time required for the digital conversion matches the time allocated for the digital conversion; And
And adjusting the shear amplification time if the time taken for the digital conversion does not match the time allocated for the digital conversion.
제 1 항에 있어서,
상기 전단 증폭 시간을 조정하는 단계는
상기 디지털 변환에 소요된 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간보다 짧은 경우, 전단 증폭 시간을 증가하는 단계를 포함하는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 동작 방법.
The method of claim 1,
Adjusting the shear amplification time
And increasing the shear amplification time if the time required for the digital conversion is shorter than the time allocated for the digital conversion.
제 1 항에 있어서,
상기 전단 증폭 시간을 조정하는 단계는
상기 디지털 변환에 소요된 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간보다 긴 경우, 전단 증폭 시간을 감소시키는 단계를 포함하는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기의 동작 방법.
The method of claim 1,
Adjusting the shear amplification time
Reducing the shear amplification time if the time spent on the digital conversion is longer than the time allocated to the digital conversion.
컨트롤러;
상기 컨트롤러의 제어에 응답하여, 클럭 신호들을 발생하는 비동기 클럭 발생 회로; 및
상기 클럭 신호들에 응답하여, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 변환부를 포함하며,
상기 디지털 변환부에서 상기 디지털 변환을 수행하는데 소요되는 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간과 일치하지 않는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 디지털 변환부의 전단 증폭 동작의 수행 시간을 조정하는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
controller;
An asynchronous clock generation circuit for generating clock signals in response to the control of the controller; And
A digital converter converting an analog signal into a digital signal in response to the clock signals,
And the controller adjusts the execution time of the shear amplification operation of the digital conversion unit when the time required for performing the digital conversion in the digital conversion unit does not match the time allocated to the digital conversion.
제 4 항에 있어서,
상기 디지털 변환부는
상기 전단 증폭 동작을 수행하며, 입력 전압들의 크기를 비교하는 비교기; 및
상기 비교기에 연결되며, 상기 비교기의 비교 동작 완료 시점에 관한 정보를 상기 컨트롤러에 제공하는 변환 확인부를 포함하는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
The method of claim 4, wherein
The digital conversion unit
A comparator for performing the shear amplification operation and comparing magnitudes of input voltages; And
And a conversion confirming unit connected to the comparator, the conversion confirming unit providing information to the controller about the completion time of the comparison operation of the comparator.
제 5 항에 있어서,
상기 비교기는 지연 회로를 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 지연 회로의 지연 시간을 증가시킴으로써 상기 전단 증폭 동작의 수행 시간을 조정하는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
The method of claim 5, wherein
And the comparator comprises a delay circuit, wherein the controller adjusts the execution time of the shear amplification operation by increasing the delay time of the delay circuit.
제 5 항에 있어서,
상기 비교기는
복수의 전단 증폭기들이 다단으로 연결된 다단 증폭기;
상기 다단 증폭기의 출력단에 연결된 래치;
상기 복수의 전단 증폭기들로부터 출력되는 전압들을 각각 저장하는 복수의 커패시터들;
상기 복수의 전단 증폭기들의 출력단들에 각각 연결되어 상기 복수의 전단 증폭기들의 출력들에서 옵셋을 각각 제거하는 복수의 옵셋 제거 스위치들; 및
상기 복수의 전단 증폭기들의 출력단에 각각 연결되어 상기 복수의 전단 증폭기들의 출력들을 각각 리셋시키는 복수의 리셋 스위치들을 포함하는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
The method of claim 5, wherein
The comparator
A multistage amplifier, in which a plurality of front end amplifiers are connected in multiple stages;
A latch coupled to the output of the multistage amplifier;
A plurality of capacitors respectively storing voltages output from the plurality of front end amplifiers;
A plurality of offset cancellation switches respectively connected to output ends of the plurality of front end amplifiers to respectively remove offsets from the outputs of the plurality of front end amplifiers; And
And a plurality of reset switches respectively connected to output ends of the plurality of front end amplifiers to reset the outputs of the plurality of front end amplifiers, respectively.
제 4 항에 있어서,
상기 디지털 변환부에서 상기 디지털 변환을 수행하는데 소요되는 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간과 일치하지 않는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 클럭 신호들 중 상기 전단 증폭 시간을 제어하는 클럭 신호의 듀티비를 조정하는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
The method of claim 4, wherein
If the time required to perform the digital conversion in the digital conversion unit does not match the time allocated to the digital conversion, the controller adjusts the duty ratio of the clock signal controlling the shear amplification time among the clock signals. Continuous approximation analog to digital converter.
제 8 항에 있어서,
상기 디지털 변환부에서 상기 디지털 변환을 수행하는데 소요되는 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간보다 짧은 경우, 상기 컨트롤러는 상기 전단 증폭 시간을 제어하는 클럭 신호의 듀티비를 증가시키는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
The method of claim 8,
And the controller increases the duty ratio of the clock signal controlling the shear amplification time when the time required to perform the digital conversion in the digital converter is shorter than the time allocated to the digital conversion.
제 8 항에 있어서,
상기 디지털 변환부에서 상기 디지털 변환을 수행하는데 소요되는 시간이 상기 디지털 변환에 할당된 시간보다 긴 경우, 상기 컨트롤러는 상기 전단 증폭 시간을 제어하는 클럭 신호의 듀티비를 감소시키는 연속 근사 아날로그 디지털 변환기.
The method of claim 8,
And the controller reduces the duty ratio of the clock signal controlling the shear amplification time when the time required for performing the digital conversion in the digital converter is longer than the time allocated to the digital conversion.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8760336B2 (en) 2012-07-11 2014-06-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Mixed mode analog to digital converter and method of operating the same
US20220140836A1 (en) * 2020-11-03 2022-05-05 Realtek Semiconductor Corporation Pipeline analog to digital converter and timing adjustment method
US11496145B2 (en) * 2020-11-03 2022-11-08 Realtek Semiconductor Corporation Pipeline analog to digital converter and timing adjustment method

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