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WO2024144020A1 - Sar-adc having capacitor correction function, and digital conversion method for analog signal using same - Google Patents

Sar-adc having capacitor correction function, and digital conversion method for analog signal using same Download PDF

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Publication number
WO2024144020A1
WO2024144020A1 PCT/KR2023/020643 KR2023020643W WO2024144020A1 WO 2024144020 A1 WO2024144020 A1 WO 2024144020A1 KR 2023020643 W KR2023020643 W KR 2023020643W WO 2024144020 A1 WO2024144020 A1 WO 2024144020A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capacitor
adc
sar
capacitors
measured
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/020643
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
고재간
이봉준
Original Assignee
주식회사 램쉽
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.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020220188834A external-priority patent/KR102726597B1/en
Application filed by 주식회사 램쉽 filed Critical 주식회사 램쉽
Publication of WO2024144020A1 publication Critical patent/WO2024144020A1/en

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    • H03M1/403Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type recirculation type using switched capacitors

Definitions

  • Redundancy secured in the redundant search method has the disadvantage of requiring an increase in the number of cycles required compared to the binary search method.
  • the secured margin it is possible to move on to the next cycle before the DAC output value is completely stabilized, thereby ensuring full conversion. Time can have a reducing effect.
  • the binary search method requires sufficient time to be allocated to each cycle so that the DAC's output value can be stabilized to less than 1/2 LSB.
  • the binary search method and the redundant search method are generally implemented including CDAC.
  • the weights of the capacitors included in the CDAC must be accurate for the final output value to be accurate.
  • the weights of the capacitors are elaborately designed using unit capacitors, but they differ from the designed values due to process errors that inevitably occur during the chip manufacturing process, so there is a need to reduce the weight errors of these capacitors. there is.
  • a SAR-ADC equipped with a capacitor correction function according to an embodiment of the present invention which was created to achieve the above problem, is a capacitor to be measured (
  • the weight of the capacitor to be corrected is actually measured by applying a voltage equal to the weight of the measurement target capacitor to the other end of the measurement target capacitor and measuring the applied voltage using the basic operation of the relevant SAR-ADC, and using the actually measured values to measure the SAR -By calculating the output value of the ADC, the error of the capacitor can be corrected.
  • the digital conversion method of an analog signal applies a voltage corresponding to the difference between a known reference voltage to the other end of the capacitor to be measured, and applies a voltage equal to the weight of the capacitor to be measured to the SAR-ADC.
  • the weight of the capacitor to be corrected can be actually measured, and the output value of the SAR-ADC can be calculated using the actually measured values to correct the error of the capacitor.
  • the design weights of the first to n-1th capacitors are defined as Pd(1) to Pd(n-1), respectively, and the actual weights of the first to n-1th capacitors are defined as Pr(1) to Pd(n-1), respectively.
  • the control unit generates a control command so that the switch controller operates in one mode selected from normal mode and compensation mode, and the output of the third terminal in the normal mode is D(k ), and in the normal mode, the output terminal of the calculator is defined as ADC_out, and at least one of the Pr(1) to Pr(n-1) is determined in the correction mode, and the normal mode is in progress.
  • the calculator can calculate the ADC_out by applying the actual weight obtained in the correction mode.
  • the d(k) is a value defined as 1 when the comparator output in the correction mode is high, and -1 when the comparator output is low.
  • Pr(k) is preferentially applied to the PP(k), and if Pr(k) is not present, Pd(k) may be applied.
  • n is an integer greater than 1 and less than n-1
  • PP(k) can be defined as Pr(k) when k is greater than m, and Pd(k) when k is less than m. there is.
  • the other end of the main switch (SWc) may be connected to the first reference voltage (Vcm) or may be open.
  • x in Equation 1 can be an integer greater than m and less than n-1 (m is an integer greater than 1 and less than n-1).
  • the m value can be determined by considering errors expected by the designer in the manufacturing process or errors due to parasitic capacitance. For example, if the expected error rate is 2%, the error will be 10fF for a capacitor with a design capacity of 500fF. Only if there is a capacitor with a capacity smaller than this error of 10fF, the actual weight of the capacitor with a design capacity of 500fF is used. Since it can be derived, the value of m can be determined by taking these matters into consideration.
  • the capacitor array for analog-to-digital conversion does not include a capacitor with a sufficiently small design weight, but it may be necessary to obtain an actual weight for a capacitor with a small design weight.
  • an embodiment of the present invention The SAR-ADC (100) equipped with a capacitor compensation function according to suggests a method of utilizing an auxiliary capacitor with a sufficiently small design weight.
  • the output timing of the comparator 110 can be adjusted by the clock signal ck in such a way that the result output of the comparator 110 is performed at the rising edge of the clock signal ck.
  • a synchronous type is illustrated in which the clock signal and the operation cycle of the ADC are identical, but it can be implemented asynchronously if necessary.
  • the asynchronous method is a method in which the timing of the next operation varies considering the completion time of the previous operation, and the operation cycle is not constant and can vary.
  • the comparison result is high, so D(n-4) may be 1, and d(n-4) may be 1.
  • Step A3 is performed to exclude C(n-3) from the set of capacitors to be recognized, and step A4 is performed to select a renewed set of capacitors to be recognized. Feedback to step A2.
  • the comparison result is high, so D(n-6) may be 1, and d(n-6) may be 1.
  • Step A3 is performed to exclude C(n-5) from the set of capacitors to be recognized, and step A4 is performed to select a renewed set of capacitors to be recognized. Feedback to step A2.
  • C(0) is the default capacitor, so D(0) can be obtained without changing the reference voltage for C(0).
  • the DC voltage can be maintained connected to the bottom of the default capacitor, and by providing this default capacitor, the conversion gain of the ADC can be set to 1. However, if the conversion gain of the ADC is less than 1, the default capacitor can be omitted. However, if the design weight of the capacitor to be measured is sufficiently small, the actual weight may need to be derived by changing Vbot(0), Vbot(-1), and Vbot(-2) using the default capacitor or even an auxiliary capacitor. .
  • the actual measurement process for capacitors with large design weights is carried out using capacitors with small design weights, so the actual measurement process for capacitors with small design weights is started first, and the actual measurement weights are applied to the capacitors for which actual measurements have been completed and the actual measurements for other capacitors are performed. It is desirable to allow the process to proceed. In other words, if m is 4, use Pd(0), Pd(1), Pd(2), Pd(3), Pr(4), Pr(5), Pr(6), and Pr(7) to obtain Pr It is desirable to derive (8), and it is desirable to derive Pr(4) and then obtain the actual weights in the order of Pr(5), Pr(6), and Pr(7).
  • the input voltage (Vin) is applied to the first terminal 111 and the comparator 110 is stabilized, and then the comparison result is It is output, and the output comparison result is stored as D(n-1).
  • the comparison result is high, so D(n-1) is 1, and d(n-1) may also be 1.
  • the n-1th switch is controlled so that the third reference voltage (Vrefm) is applied to the lower plate of C(n-1), and as a result, Vbot(n-1)
  • the first reference voltage (Vcm) is changed to the third reference voltage (Vrefm), and accordingly, the voltage of the first terminal 111 also changes to a predetermined gain (e.g., (Vcm-Vrefm)*P(n-1)/ Descend by sum(P)).
  • the comparator 110 outputs the result of comparing the lowered voltage of the first terminal 111 with the first reference voltage (Vcm), which is the voltage of the second terminal 112, and is stored as D(n-2). .
  • Vcm first reference voltage
  • the comparison result is low, so D(n-2) may be 0 and d(n-2) may be -1.
  • the n-2th switch is controlled so that the second reference voltage (Vrefp) is applied to the lower plate of C(n-2), and as a result, Vbot(n-2 ) is changed from the first reference voltage (Vcm) to the second reference voltage (Vrefp), and accordingly, the voltage of the first terminal 111 also changes to a predetermined gain (e.g., (Vrefp-Vcm)*P(n-2) It rises by /sum(P)).
  • the comparator 110 outputs the result of comparing the raised voltage of the first terminal 111 with the first reference voltage (Vcm), which is the voltage of the second terminal 112, and is stored as D(n-3).
  • the comparison result is high, so D(n-3) may be 1, and d(n-3) may be 1.
  • PP(k) can be defined as Pr(k) when k is greater than m and as Pd(k) when k is less than m.
  • the present invention can be applied in the same way to not only single mode ADC but also differential mode ADC.
  • a capacitor array of the same configuration may also be connected to the second terminal 112 of the comparator 110.
  • a SAR-ADC equipped with a capacitor correction function can be used to implement an analog-to-digital converter, and the analog-to-digital converter can be used in all electronic devices such as various transmission and reception devices and display devices. there is.
  • an embodiment of the present invention can solve problems caused by process errors occurring during the chip manufacturing process and is advantageous in reducing power consumption and increasing high resolution of the data transmission and reception interface. Accordingly, it can be used in the next-generation automobile industry, such as high-speed transmission and reception of large-capacity data between sensors and processors for autonomous vehicles, and in the wired communication industry for ultra-high-speed and large-capacity video data.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

This SAR-ADC having a capacitor correction function applies a voltage corresponding to a difference from a known reference voltage to one end of a capacitor (measurement target capacitor) to be measured among capacitors constituting a capacitor array, and measures a voltage applied to be equivalent to a weight of the measurement target capacitor by using a basic operation of the corresponding SAR-ADC, thereby measuring a weight of the capacitor to be corrected, and calculating an output value of the SAR-ADC by using the measured values to correct an error of the capacitor.

Description

캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC 및 이를 활용하는 아날로그신호의 디지털 변환방법SAR-ADC with capacitor compensation function and digital conversion method of analog signal using it
본 발명은 SAR-ADC에서 캐패시터 오차를 보정할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology that can correct capacitor error in SAR-ADC.
SAR(Successive-Approximation Register) ADC의 구조는 특허문헌1 등에 소개되어 있다. SAR ADC는 입력 신호를 기준 값(Vdac)를 바꿔가며 여러 번 반복해서 측정함으로써 입력에 상응하는 디지털 코드로 변환할 수 있으며, 반복하는 회수만큼 분해능이 증가하고, 1 비트의 비교기만으로도 동작이 가능하여, 저전력 고해상도 성능에 적합한 ADC이다.The structure of the SAR (Successive-Approximation Register) ADC is introduced in Patent Document 1, etc. The SAR ADC can convert the input signal into a digital code corresponding to the input by measuring it repeatedly several times while changing the reference value (Vdac). The resolution increases as the number of repetitions, and it can be operated with only a 1-bit comparator. , It is an ADC suitable for low-power, high-resolution performance.
한 사이클의 동작에 따라 입력 전압과 비교하는 기준 전압을 움직이는 크기를 결정하는 방식은 전통적인 바이너리 서치(Binary search) 방식과, 매 사이클마다 비교기 오류를 감안하여 여유를 두는 리던던트 서치(Redundant search) 방식으로 나눌 수 있다.The method of determining the amount of movement of the reference voltage compared to the input voltage according to the operation of one cycle is the traditional binary search method, and the redundant search method that takes margin for comparator error in each cycle. It can be shared.
5비트의 해상도를 위해 바이너리 서치 방식을 수행할 경우, 입력의 크기가 16 이상인지를 판단한 결과에 따라, 다음 사이클에서는 24 이상인지, 8 이상인지를 판단하는 방식으로 [16, 8, 4, 2, 1]의 순서로 기준 전압의 크기를 움직여 가며 비교하게 된다. 그러나, 이러한 바이너리 서치 방식은 비교기의 오프셋(offset)이나 온도 잡음 등으로 인해서 어떤 사이클에서 오류가 발생했을 때, 원래의 값으로 다시 회복할 수 없는 단점이 있으며, 이를 극복하기 위해서 리던던트 서치 방식이 제안되었다.When performing a binary search method for 5-bit resolution, depending on the result of determining whether the input size is 16 or more, the next cycle determines whether it is 24 or more or 8 or more [16, 8, 4, 2. , 1], the size of the reference voltage is changed and compared. However, this binary search method has the disadvantage of not being able to restore the original value when an error occurs in a certain cycle due to comparator offset or temperature noise. To overcome this, a redundant search method was proposed. It has been done.
리던던트 서치 방식에서 확보하는 리던던시(Redundancy)는 바이너리 서치 방식에 비해서 필요한 사이클이 늘어나야 하는 단점이 있으나, 확보된 여유를 이용하여 DAC 출력값이 완전히 안정화되기 이전에 다음 사이클로 넘어갈 수 있기 때문에 전체 컨버전(conversion) 시간은 줄어드는 효과를 가질 수 있다. 반면에, 바이너리 서치 방식은 매 사이클마다 DAC의 출력값이 1/2 LSB 이하로 안정화될 수 있도록 사이클에 할당하는 시간을 충분히 주어야 한다.Redundancy secured in the redundant search method has the disadvantage of requiring an increase in the number of cycles required compared to the binary search method. However, by using the secured margin, it is possible to move on to the next cycle before the DAC output value is completely stabilized, thereby ensuring full conversion. Time can have a reducing effect. On the other hand, the binary search method requires sufficient time to be allocated to each cycle so that the DAC's output value can be stabilized to less than 1/2 LSB.
바이너리 서치 방식 및 리던던트 서치 방식은 공통적으로 CDAC을 포함하여 구현되는 것이 일반적이다.The binary search method and the redundant search method are generally implemented including CDAC.
어느 방식으로 구현되든, CDAC에 포함되는 캐패시터들의 가중치가 정확해야 최종 출력 값이 정확해질 수 있다. 여기서, 캐패시터들의 가중치들은 유닛 캐패시터(unit capacitor)를 이용하여 정교하게 설계되지만, 칩 제작과정에서 필연적으로 발생하는 공정오차에 의해 설계값과 달라지게 되는 바, 이러한 캐패시터의 가중치 오차를 감소시킬 필요가 있다.Regardless of how it is implemented, the weights of the capacitors included in the CDAC must be accurate for the final output value to be accurate. Here, the weights of the capacitors are elaborately designed using unit capacitors, but they differ from the designed values due to process errors that inevitably occur during the chip manufacturing process, so there is a need to reduce the weight errors of these capacitors. there is.
한편, 외부 입력 Vin을 이용하여 각 캐패시터의 가중치를 측정하는 방식의 캐패시터 미스매치 보정관련 기술이 특허문헌1에 소개되어 있다. 그러나, 외부 입력을 이용한 보정 방식은, 보정 과정을 실제로 구현함에 있어서 비용 및 실용성 등의 측면에서 한계가 있으므로, 캐패시터 미스매치 및 기생 캐패시터의 영향에 대해 자체적으로 보정이 가능한 기술이 요구된다.Meanwhile, a technology related to capacitor mismatch correction that measures the weight of each capacitor using an external input Vin is introduced in Patent Document 1. However, the correction method using external input has limitations in terms of cost and practicality in actually implementing the correction process, so technology that can self-correct for the effects of capacitor mismatch and parasitic capacitors is required.
<선행기술문헌><Prior art literature>
<특허문헌 1> KR 10-1586407 B1<Patent Document 1> KR 10-1586407 B1
<비특허문헌 1> InProceedings (4746011), Ogawa, Tomohiko / Kobayashi, Haruo / Hotta, Masao / Takahashi, Yosuke / San, Hao / Takai, Nobukazu “SAR ADC algorithm with redundancy” APCCAS, 2008 IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems, p. 268-271<Non-patent document 1> InProceedings (4746011), Ogawa, Tomohiko / Kobayashi, Haruo / Hotta, Masao / Takahashi, Yosuke / San, Hao / Takai, Nobukazu “SAR ADC algorithm with redundancy” APCCAS, 2008 IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems, p. 268-271
<비특허문헌 2> InProceedings (4523149), Agnes, Andrea / Bonizzoni, Edoardo / Malcovati, Piero / Maloberti, Franco, A 9.4-ENOB 1V 3.8μW 100kS/s SAR ADC with Time-Domain Comparator, 2008 IEEE International Solid-State Circuits Conference - Digest of Technical Papers, p. 246-610<Non-patent Document 2> InProceedings (4523149), Agnes, Andrea / Bonizzoni, Edoardo / Malcovati, Piero / Maloberti, Franco, A 9.4-ENOB 1V 3.8μW 100kS/s SAR ADC with Time-Domain Comparator, 2008 IEEE International Solid- State Circuits Conference - Digest of Technical Papers, p. 246-610
본 발명의 일 측면은, 이미 마련되어 있는 캐패시터들을 이용하여 캐패시터 오차를 보정할 수 있는 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC을 제공할 수 있다.One aspect of the present invention can provide a SAR-ADC equipped with a capacitor correction function that can correct capacitor error using already prepared capacitors.
본 발명의 일 측면은, 이미 마련되어 있는 캐패시터들을 이용하여 캐패시터 오차를 보정하여 정밀도를 향상시킨 아날로그신호의 디지털 변환방법을 제공할 수 있다.One aspect of the present invention can provide a method of digital conversion of an analog signal with improved precision by correcting capacitor error using already prepared capacitors.
상기의 과제를 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC는, 알려진 기준 전압의 차에 해당하는 전압을 캐패시터 어레이를 구성하는 캐패시터 중 측정하고자 하는 캐패시터(측정대상 캐패시터)의 타단에 인가하고, 측정대상 캐패시터의 가중치만큼 인가된 전압을 해당 SAR-ADC의 기본 동작을 이용하여 측정함으로써, 보정하고자 하는 캐피시터의 가중치를 실측하며, 실측된 값들을 이용하여 SAR-ADC의 출력값을 계산하여 캐패시터의 오차를 보정할 수 있다.A SAR-ADC equipped with a capacitor correction function according to an embodiment of the present invention, which was created to achieve the above problem, is a capacitor to be measured ( The weight of the capacitor to be corrected is actually measured by applying a voltage equal to the weight of the measurement target capacitor to the other end of the measurement target capacitor and measuring the applied voltage using the basic operation of the relevant SAR-ADC, and using the actually measured values to measure the SAR -By calculating the output value of the ADC, the error of the capacitor can be corrected.
본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그신호의 디지털 변환방법은, 알려진 기준 전압의 차에 해당하는 전압을 상기 측정대상 캐패시터의 타단에 인가하고, 측정대상 캐패시터의 가중치만큼 인가된 전압을 상기 SAR-ADC의 기본 동작을 이용하여 측정함으로써, 보정하고자 하는 캐피시터의 가중치를 실측하며, 실측된 값들을 이용하여 상기 SAR-ADC의 출력값을 계산하여 캐패시터의 오차를 보정할 수 있다.The digital conversion method of an analog signal according to an embodiment of the present invention applies a voltage corresponding to the difference between a known reference voltage to the other end of the capacitor to be measured, and applies a voltage equal to the weight of the capacitor to be measured to the SAR-ADC. By measuring using the basic operation of , the weight of the capacitor to be corrected can be actually measured, and the output value of the SAR-ADC can be calculated using the actually measured values to correct the error of the capacitor.
본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC는, 아날로그신호인 입력전압을 n비트 해상도로 출력하는 SAR-ADC에 있어서, 메인스위치; 상판이 상기 메인스위치의 타단에 연결되는 제1 내지 제n-1 캐패시터; 일단이 상기 제1 내지 상기 제n-1 캐패시터 각각의 하판에 각각 연결되는 제1 내지 제n-1 스위치; 상기 메인스위치의 타단이 연결되는 제1 단자, 상기 제1 기준전압이 인가되는 제2 단자, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자의 전압을 비교한 결과를 출력하는 제3 단자를 포함하는 비교기; 상기 메인스위치 및 상기 제1 내지 제n-1 스위치를 제어하는 스위치 제어기; 상기 제3 단자의 출력을 이용하여 연산을 수행하는 연산기; 및 상기 연산기의 연산결과를 이용하여 상기 스위치 제어기에 제어명령을 인가하는 제어부;를 포함하되, 상기 제1 내지 제n-1 스위치 중 적어도 하나는 상기 스위치 제어기의 명령에 따라 상기 제1 내지 제n-1 캐패시터의 하판에, 상기 제1 기준전압, 상기 제1 기준전압보다 큰 제2 기준전압 및 상기 제1 기준전압보다 작은 제3 기준전압 중 하나가 선택적으로 인가되도록 하거나 오픈되도록 할 수 있다.A SAR-ADC equipped with a capacitor compensation function according to an embodiment of the present invention outputs an input voltage, which is an analog signal, with n-bit resolution, and includes a main switch; 1st to n-1th capacitors whose upper plates are connected to the other end of the main switch; first to n-1th switches, one end of which is connected to a lower plate of each of the first to n-1th capacitors; A comparator including a first terminal to which the other end of the main switch is connected, a second terminal to which the first reference voltage is applied, and a third terminal that outputs a result of comparing the voltages of the first terminal and the second terminal; a switch controller that controls the main switch and the first to n-1th switches; an operator that performs calculations using the output of the third terminal; and a control unit that applies a control command to the switch controller using the operation result of the operator, wherein at least one of the first to n-1 switches is operated according to a command of the switch controller. -1 One of the first reference voltage, a second reference voltage greater than the first reference voltage, and a third reference voltage less than the first reference voltage may be selectively applied to the lower plate of the capacitor or may be opened.
이때, 상기 제1 내지 제n-1 캐패시터의 설계 가중치는 각각 Pd(1) 내지 Pd(n-1)라고 정의되고, 상기 제1 내지 제n-1 캐패시터의 실측 가중치는 각각 Pr(1) 내지 Pr(n-1)라고 정의되고, 상기 제어부는 상기 스위치 제어기가 일반모드 및 보정모드 중 선택되는 한 모드로 동작되도록 제어명령을 생성하고, 상기 일반모드에서 상기 제3 단자의 출력은 D(k)로 정의되고, 상기 일반모드에서 상기 연산기의 출력단자 출력은 ADC_out으로 정의되되, 상기 보정모드에서 상기 Pr(1) 내지 Pr(n-1) 중 적어도 하나 이상이 결정되고, 상기 일반모드 진행중 상기 연산기는 상기 보정모드에서 얻어진 실측 가중치를 적용하여 상기 ADC_out을 연산할 수 있다.At this time, the design weights of the first to n-1th capacitors are defined as Pd(1) to Pd(n-1), respectively, and the actual weights of the first to n-1th capacitors are defined as Pr(1) to Pd(n-1), respectively. It is defined as Pr(n-1), and the control unit generates a control command so that the switch controller operates in one mode selected from normal mode and compensation mode, and the output of the third terminal in the normal mode is D(k ), and in the normal mode, the output terminal of the calculator is defined as ADC_out, and at least one of the Pr(1) to Pr(n-1) is determined in the correction mode, and the normal mode is in progress. The calculator can calculate the ADC_out by applying the actual weight obtained in the correction mode.
또한, 상기 Pr(1) 내지 Pr(n-1) 중 하나인 Pr(x)는 아래의 수학식을 연산하여 도출되고, In addition, Pr(x), one of Pr(1) to Pr(n-1), is derived by calculating the equation below,
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000001
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000001
상기 d(k)는 상기 보정모드에서의 상기 비교기 출력이 하이(High)면 1로 정의되고, 상기 비교기 출력이 로우(Low)면 -1로 정의되는 값이다.The d(k) is a value defined as 1 when the comparator output in the correction mode is high, and -1 when the comparator output is low.
또한, 상기 P(k)에는 실측 가중치가 이미 도출된 캐패시터에 대해서는 실측 가중치가 적용되고, 실측 가중치가 도출되지 않은 캐패시터에 대해서는 설계 가중치가 적용될 수 있다.In addition, the actual weight may be applied to the P(k) for capacitors for which the actual weight has already been derived, and the design weight may be applied to the capacitor for which the actual weight has not been derived.
또한, 상기 ADC_out은 아래의 수학식을 연산하여 도출되고, In addition, the ADC_out is derived by calculating the equation below,
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000002
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000002
상기 PP(k)에는 Pr(k)가 우선 적용되고, 상기 Pr(k)가 없는 경우에는 Pd(k)가 적용될 수 있다.Pr(k) is preferentially applied to the PP(k), and if Pr(k) is not present, Pd(k) may be applied.
또한, 상기 m은 1보다 크고 n-1보다 작은 정수이고, 상기 PP(k)는 상기 k가 상기 m 이상일때 Pr(k)이고, 상기 k가 상기 m 미만 일때 Pd(k)로 정의될 수 있다.In addition, m is an integer greater than 1 and less than n-1, and PP(k) can be defined as Pr(k) when k is greater than m, and Pd(k) when k is less than m. there is.
본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그신호의 디지털 변환방법은, 상기 보정모드에서는 측정대상 캐패시터의 실측 가중치 Pr(x)를 구하는 과정이 수행되되, 상기 제1 내지 제n-1 스위치의 타단 및 상기 제1 단자에 상기 제1 기준전압이 인가되는 A0 단계; 상기 측정대상 캐패시터의 하판에 상기 제2 기준전압을 인가하고 상기 제1 단자의 전압이 안정화된 후에 상기 비교기의 출력을 저장하는 A1단계; 인가대상 캐패시터 집합에서 설계 가중치가 가장 큰 캐패시터의 하판으로 인가되는 기준전압을 변경하고 상기 비교기가 안정화된 후 비교기 출력을 저장하는 A2 단계; 상기 A2 단계가 진행된 캐패시터를 상기 인가대상 캐패시터 집합에서 제외시키는 A3 단계; 및 상기 A3 단계가 수행된 인가대상 캐패시터 집합을 상기 A2 단계로 피드백하는 A4 단계;를 수행하되, 상기 A2 단계에서의 기준전압 변경은, 비교기 출력이 하이(High)면 상기 제3 기준전압으로 변경되고, 비교기 출력이 로우(Low)면 상기 제2 기준전압으로 변경되는 방식으로 수행되고, 상기 A2 단계의 인가대상 캐패시터 집합은 설계 가중치 또는 실측 가중치가 상기 측정대상 캐패시터보다 작은 캐패시터들로 이루어지고, 상기 인가대상 캐패시터 집합에 포함되는 캐패시터에 대해서 상기 A2 내지 A4 단계를 순차적으로 수행하여 상기 측정대상 캐패시터의 실측 가중치를 도출할 수 있다.In the digital conversion method of an analog signal according to an embodiment of the present invention, in the correction mode, a process of calculating the actual weight Pr(x) of the capacitor to be measured is performed, wherein the other end of the first to n-1th switches and the Step A0 in which the first reference voltage is applied to the first terminal; Step A1 of applying the second reference voltage to the lower plate of the capacitor to be measured and storing the output of the comparator after the voltage of the first terminal is stabilized; A2 step of changing the reference voltage applied to the lower plate of the capacitor with the largest design weight in the set of capacitors to be applied and storing the comparator output after the comparator is stabilized; Step A3 of excluding the capacitor for which step A2 has been performed from the set of capacitors subject to application; and step A4 of feeding back the applied capacitor set in step A3 to step A2. However, the reference voltage in step A2 is changed to the third reference voltage when the comparator output is high. If the comparator output is low, it is changed to the second reference voltage, and the set of capacitors to be applied in the A2 stage is composed of capacitors whose design weight or actual weight is smaller than the capacitor to be measured, By sequentially performing steps A2 to A4 for capacitors included in the set of capacitors to be applied, the actual weight of the capacitor to be measured can be derived.
이때, 상기 측정대상 캐패시터의 실측 가중치 Pr(x)는 아래의 수학식을 연산하여 도출되고, At this time, the actual weight Pr(x) of the capacitor to be measured is derived by calculating the equation below,
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000003
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상기 x는 1 이상 n-1 이하인 정수이고, 상기 d(k)는 상기 A1단계에서 저장되는 비교기 출력 및 상기 A2 단계가 반복 수행되면서 저장되는 비교기 출력 중 어느 하나를 상기 연산기가 받아서 하이는 1로 변환하고 로우는 -1로 변환한 값이 될 수 있다.The x is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n-1, and the d(k) is set to 1 when the operator receives one of the comparator output stored in step A1 and the comparator output stored while repeatedly performing step A2. After conversion, the row can be the value converted to -1.
또한, 상기 P(k)는 실측 가중치가 이미 도출된 캐패시터에 대해서는 실측 가중치가 적용되고, 실측 가중치가 도출되지 않은 캐패시터에 대해서는 설계 가중치가 적용될 수 있다.In addition, the P(k) may have an actual weight applied to a capacitor for which an actual weight has already been derived, and a design weight may be applied to a capacitor for which an actual weight has not been derived.
또한, 상기 측정대상 캐패시터의 실측 가중치 Pr(x)는 아래의 수학식을 연산하여 도출되고, In addition, the actual weight Pr(x) of the capacitor to be measured is derived by calculating the equation below,
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000004
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000004
상기 x는 m 이상 n-1 이하인 정수이고, 상기 m은 1보다 크고 n-1보다 작은 정수이고, 상기 d(k)는 상기 A1단계에서 저장되는 비교기 출력 및 상기 A2 단계가 반복 수행되면서 저장되는 비교기 출력 중 어느 하나를 상기 연산기가 받아서 하이는 1로 변환하고 로우는 -1로 변환한 값일 수 있다.The x is an integer greater than m and less than or equal to n-1, the m is an integer greater than 1 and less than n-1, and d(k) is the comparator output stored in step A1 and stored while the step A2 is repeatedly performed. The operator may receive any one of the comparator outputs and convert high to 1 and low to -1.
또한, 상기 ADC_out은 아래의 수학식을 연산하여 도출되고,In addition, the ADC_out is derived by calculating the equation below,
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000005
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000005
상기 PP(k)는 상기 k가 상기 m 이상일때 Pr(k)이고, 상기 k가 상기 m 미만 일때 Pd(k)로 정의될 수 있다.The PP(k) may be defined as Pr(k) when k is greater than m, and as Pd(k) when k is less than m.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미 마련되어 있는 캐패시터들을 이용하여 캐패시터 오차를 보정할 수 있으며, 오차 보정 결과를 활용하여 아날로그신호의 디지털 변환 정밀도를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, capacitor errors can be corrected using already prepared capacitors, and the precision of digital conversion of analog signals can be improved by using the error correction results.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC 을 개략적으로 예시한 도면이고, 1 is a diagram schematically illustrating a SAR-ADC equipped with a capacitor compensation function according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 변형예를 개략적으로 예시한 도면이고, Figure 2 is a diagram schematically illustrating a modification of Figure 1,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC 을 설명하기 위한 도면이고, Figure 3 is a diagram for explaining a SAR-ADC equipped with a capacitor compensation function according to another embodiment of the present invention;
도 4의 (a)는 일반적인 캐패시터 어레이를 개략적으로 예시한 도면이고, 도 4의 (b)는 스플릿 덱 구조가 적용된 캐패시터 어레이를 개략적으로 예시한 도면이고,Figure 4 (a) is a diagram schematically illustrating a general capacitor array, and Figure 4 (b) is a diagram schematically illustrating a capacitor array to which a split deck structure is applied.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC의 일반모드 구동방식을 설명하기 위한 도면이고, Figure 5 is a diagram for explaining the normal mode driving method of the SAR-ADC equipped with a capacitor compensation function according to an embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC의 보정모드 구동방식을 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining a compensation mode driving method of a SAR-ADC equipped with a capacitor compensation function according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100) 을 개략적으로 예시한 도면이고, 도 2는 도 1의 변형예를 개략적으로 예시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100) 을 설명하기 위한 도면이고, 도 4의 (a)는 일반적인 캐패시터 어레이를 개략적으로 예시한 도면이고, 도 4의 (b)는 스플릿 덱 구조가 적용된 캐패시터 어레이를 개략적으로 예시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100)의 일반모드 구동방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100)의 보정모드 구동방식을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically illustrating a SAR-ADC 100 equipped with a capacitor correction function according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram schematically illustrating a modification of Figure 1, and Figure 3 is a diagram schematically illustrating a modification of Figure 1. This is a diagram for explaining the SAR-ADC 100 equipped with a capacitor compensation function according to another embodiment of the present invention. Figure 4 (a) is a diagram schematically illustrating a general capacitor array, and Figure 4 (b) is a diagram schematically illustrating a general capacitor array. ) is a diagram schematically illustrating a capacitor array to which a split deck structure is applied, and Figure 5 is a diagram illustrating the normal mode driving method of the SAR-ADC (100) equipped with a capacitor compensation function according to an embodiment of the present invention. 6 is a diagram for explaining the compensation mode driving method of the SAR-ADC 100 equipped with a capacitor compensation function according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100)는 일반적인 SAR-ADC에서 캐패시터 어레이(CDAC이라고 칭하기도 함)에 포함되는 캐패시터들의 오차를 보정할 수 있다. 그리고, 보정결과를 반영하여 SAR-ADC의 출력 정확성을 개선할 수 있다.Referring to the drawing, the SAR-ADC 100 equipped with a capacitor correction function according to an embodiment of the present invention can correct errors in capacitors included in a capacitor array (also referred to as CDAC) in a general SAR-ADC. there is. Additionally, the output accuracy of the SAR-ADC can be improved by reflecting the correction results.
본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100)는, 아날로그신호인 입력전압(Vin)을 n비트 해상도로 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100)는 메인스위치(SWc), 제1 내지 제n-1 캐패시터(C(1) ~ C(n-1)), 제1 내지 제n-1 스위치(SW(1) ~ SW(n-1)), 비교기(110), 스위치 제어기(130), 연산기(140), 제어부(150)를 포함한다. 여기서, 도 1과 도 2의 디폴트 캐패시터 C(0)는 ADC의 변환 이득 (Conversion Gain)을 1로 맞추기 위해서 포함될 수 있다.The SAR-ADC (100) equipped with a capacitor correction function according to an embodiment of the present invention can output the input voltage (Vin), which is an analog signal, with n-bit resolution. In one embodiment, the SAR-ADC (100) equipped with a capacitor compensation function includes a main switch (SWc), first to n-1th capacitors (C(1) to C(n-1)), and first to n-th capacitors (C(1) to C(n-1)). It includes an n-1 switch (SW(1) to SW(n-1)), a comparator 110, a switch controller 130, an operator 140, and a control unit 150. Here, the default capacitor C(0) of FIGS. 1 and 2 may be included to set the conversion gain of the ADC to 1.
비교기(110)의 제1 단자(111)에는 메인스위치(SWc)의 타단 및 제1 내지 제n-1 캐패시터들의 상판이 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 메인스위치(SWc)의 일단에는 제1 기준전압(Vcm)이 선택적으로 연결될 수 있다. The other end of the main switch (SWc) and the top plates of the first to n-1th capacitors may be connected to the first terminal 111 of the comparator 110. In one embodiment, the first reference voltage (Vcm) may be selectively connected to one end of the main switch (SWc).
비교기(110)의 제2 단자(112)에는 제1 기준전압(Vcm)이 인가될 수 있고, 비교기(110)의 제3 단자(113)로는 비교결과가 출력될 수 있다. 비교기(110)는 제1 단자(111)로 입력된 값을 제2 단자(112)로 입력된 값과 비교하여 제1 단자(111)로 입력된 값이 크면 하이(High) 신호를 제3 단자(113)로 출력하고, 그 반대일 경우 로우(Low)를 제3 단자(113)로 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 하이는 1, 로우는 0의 디지털 값과 매칭될 수 있다. A first reference voltage (Vcm) may be applied to the second terminal 112 of the comparator 110, and a comparison result may be output to the third terminal 113 of the comparator 110. The comparator 110 compares the value input to the first terminal 111 with the value input to the second terminal 112 and sends a high signal to the third terminal if the value input to the first terminal 111 is large. It can be output to (113), and vice versa, low can be output to the third terminal (113). In one embodiment, high may match a digital value of 1 and low may match a digital value of 0.
제1 내지 제n-1 캐패시터들의 하판측에는 제1 내지 제n-1 스위치가 연결될 수 있다.First to n-1th switches may be connected to the lower plates of the first to n-1th capacitors.
일 실시예에서, 캐패시터 어레이(120)에 포함되는 캐패시터들은 설계 가중치와 실측 가중치를 가질 수 있다. 여기서, 제1 내지 제n-1 캐패시터의 설계 가중치는 각각 Pd(1) 내지 Pd(n-1)라고 정의되고, 제1 내지 제n-1 캐패시터의 실측 가중치는 각각 Pr(1) 내지 Pr(n-1)라고 정의될 수 있다. 전술한 제조공정상의 오차 등에 으하여 설계 가중치 Pd와 실측 가중치 Pr의 차이가 발생되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100)에서는 실측 가중치 Pr을 도출할 수 있다. 그리고, 도출된 실측 가중치를 이용해서 아날로그-디지털 변환을 수행함으로써 보다 정밀하게 변환을 수행할 수 있다.In one embodiment, capacitors included in the capacitor array 120 may have a design weight and an actual weight. Here, the design weights of the first to n-1th capacitors are defined as Pd(1) to Pd(n-1), respectively, and the actual weights of the first to n-1th capacitors are defined as Pr(1) to Pr( It can be defined as n-1). Due to the above-described errors in the manufacturing process, a difference occurs between the design weight Pd and the actual weight Pr, and the actual weight Pr can be derived in the SAR-ADC (100) equipped with a capacitor compensation function according to an embodiment of the present invention. there is. Additionally, the conversion can be performed more precisely by performing analog-to-digital conversion using the derived actual weights.
일 실시예에서, 메인스위치(SWc)의 타단은 제1 기준전압(Vcm)과 연결되거나 오픈될 수 있다.In one embodiment, the other end of the main switch (SWc) may be connected to the first reference voltage (Vcm) or may be open.
일 실시예에서, 입력전압(Vin)은 도 1에 예시된 바와 같이 메인스위치(SWc)의 일단에 인가되어 ADC의 입력전압(Vin) 샘플링 과정이 수행되도록 할 수 있다. 다른 실시예에서, 입력전압(Vin)은 도 2에 예시된 바와 같이, 제1 내지 제n-1 스위치에 인가되어 ADC의 입력전압(Vin) 샘플링 과정이 수행되도록 할 수도 있다.In one embodiment, the input voltage Vin may be applied to one end of the main switch SWc, as illustrated in FIG. 1, so that the input voltage Vin sampling process of the ADC may be performed. In another embodiment, the input voltage Vin may be applied to the first to n-1th switches, as illustrated in FIG. 2, so that the input voltage Vin sampling process of the ADC is performed.
제1 내지 제n-1 스위치를 통해서, 제1 내지 제n-1 스위치 캐패시터에 제1 기준전압(Vcm), 제2 기준전압(Vrefp), 제3 기준전압(Vrefm)이 선택적으로 인가될 수 있다. Through the first to n-1th switches, the first reference voltage (Vcm), the second reference voltage (Vrefp), and the third reference voltage (Vrefm) can be selectively applied to the first to n-1th switch capacitors. there is.
스위치 제어기(130)는 비교기(110)의 출력을 받고, 비교기(110)의 출력에 따라 달라지는 제어신호를 발생시켜서 제1 내지 제n-1 스위치 및 메인스위치(SWc) 중 적어도 한 스위치의 연결위치를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 스위치 제어기(130)는 비교기(110)에 클럭신호(ck)를 제공하여 비교기(110)가 비교 결과를 출력하는 타이밍을 조절할 수 있다.The switch controller 130 receives the output of the comparator 110, generates a control signal that varies depending on the output of the comparator 110, and determines the connection position of at least one of the first to n-1 switches and the main switch (SWc). can be controlled. In one embodiment, the switch controller 130 may provide a clock signal (ck) to the comparator 110 to adjust the timing at which the comparator 110 outputs a comparison result.
일 실시예에서, 제2 기준전압(Vrefp)은 제1 기준전압(Vcm)보다 높은 값을 가지고, 제3 기준전압(Vrefm)은 제1 기준전압(Vcm)보다 낮은 값을 가질 수 있다. 또한, 제1 기준전압(Vcm)은 제2 기준전압(Vrefp)과 제3 기준전압(Vrefm)의 중간값으로 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 기준전압(Vcm)은 0이고, 제2 기준전압(Vrefp)은 1이고, 제3 기준전압(Vrefm)은 -1이 되도록 결정될 수 있다.In one embodiment, the second reference voltage (Vrefp) may have a higher value than the first reference voltage (Vcm), and the third reference voltage (Vrefm) may have a lower value than the first reference voltage (Vcm). Additionally, the first reference voltage (Vcm) may be determined as an intermediate value between the second reference voltage (Vrefp) and the third reference voltage (Vrefm). For example, the first reference voltage (Vcm) may be determined to be 0, the second reference voltage (Vrefp) may be determined to be 1, and the third reference voltage (Vrefm) may be determined to be -1.
연산기(140)는 비교기(110)의 제3 단자(113)에서 출력되는 값을 이용하여 연산과정을 수행할 수 있다. 또한, 연산기(140)는 아날로그 신호인 입력전압(Vin)을 디지털값으로 변환한 값을 출력단자(141)를 통해서 출력할 수 있다.The calculator 140 can perform a calculation process using the value output from the third terminal 113 of the comparator 110. Additionally, the calculator 140 can convert the input voltage Vin, which is an analog signal, into a digital value and output the value through the output terminal 141.
제어부(150)는 연산기(140)의 연산결과를 이용하여 제어명령을 생성하고 스위치 제어기(130)에 제어명령을 인가해서 스위치 제어기(130)의 동작방식을 제어할 수 있다. 여기서, 동작방식에는 일반모드 동작방식과 보정모드 동작방식이 포함될 수 있고, 보정모드가 수행됨으로써 캐패시터 어레이에 포함되는 캐패시터들의 실측 가중치를 도출할 수 있고, 일반모드가 수행됨으로써 아날로그신호인 입력전압(Vin)이 디지털 값으로 변환되어 출력될 수 있다.The control unit 150 can control the operation method of the switch controller 130 by generating a control command using the operation result of the operator 140 and applying the control command to the switch controller 130. Here, the operation method may include a normal mode operation method and a correction mode operation method. By performing the correction mode, the actual weight of the capacitors included in the capacitor array can be derived, and by performing the normal mode, the input voltage ( Vin) can be converted to a digital value and output.
일 실시예에서, 일반모드에서 제3 단자(113)의 출력은 D(k)로 정의되고, 일반모드에서 연산기(140)의 출력단자(141) 출력은 ADC_out으로 정의될 수 있다. 또한, 보정모드에서 Pr(1) 내지 Pr(n) 중 적어도 하나 이상이 결정될 수 있다. 또한, 일반모드 진행 과정에서, 연산기(140)는 보정모드에서 결정된 실측 가중치를 적용함으로써 ADC_out을 연산할 수 있다.In one embodiment, the output of the third terminal 113 in the normal mode may be defined as D(k), and the output of the output terminal 141 of the calculator 140 may be defined as ADC_out in the normal mode. Additionally, at least one of Pr(1) to Pr(n) may be determined in correction mode. Additionally, during the normal mode process, the calculator 140 can calculate ADC_out by applying the actual weight determined in the correction mode.
일 실시예에서, 캐패시터 어레이에 포함되는 x번째 캐패시터의 실측 가중치 Pr(x)는 수학식 1을 연산하여 도출될 수 있으며, 수학식 1에서 d(k)는 보정모드에서의 비교기(110) 출력이 하이(High)면 1로 정의되고, 비교기(110) 출력이 로우(Low)면 -1로 정의되는 값이다.In one embodiment, the actual weight Pr(x) of the xth capacitor included in the capacitor array can be derived by calculating Equation 1, where d(k) is the output of the comparator 110 in compensation mode. If this value is high, it is defined as 1, and if the output of the comparator 110 is low, it is defined as -1.
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000006
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000006
일 실시예에서, 수학식 1의 P(k)에는 실측 가중치가 이미 도출된 캐패시터에 대해서는 실측 가중치가 적용되고, 실측 가중치가 도출되지 않은 캐패시터에 대해서는 설계 가중치가 적용될 수 있다.In one embodiment, the actual weight may be applied to P(k) in Equation 1 for capacitors for which the actual weight has already been derived, and the design weight may be applied to the capacitor for which the actual weight has not been derived.
일 실시예에서, ADC_out은 수학식 2를 연산하여 도출될 수 있으며, 수학식 2에서 PP(k)에는 Pr(k)가 우선 적용되고, Pr(k)가 없는 경우에는 Pd(k)가 적용될 수 있다.In one embodiment, ADC_out can be derived by calculating Equation 2. In Equation 2, Pr(k) is first applied to PP(k), and if Pr(k) is not present, Pd(k) is applied. You can.
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000007
Figure PCTKR2023020643-appb-img-000007
도 4의 (a)는 일반적인 캐패시터 어레이를 개략적으로 예시한 도면이고, 도 4의 (b)는 스플릿 덱 구조가 적용된 캐패시터 어레이를 개략적으로 예시한 도면이다. Figure 4 (a) is a diagram schematically illustrating a general capacitor array, and Figure 4 (b) is a diagram schematically illustrating a capacitor array to which a split deck structure is applied.
스플릿 덱 구조의 캐패시터 어레이가 동일한 조건에서 캐패시터 어레이의 면적을 감소시키는데 일반적인 캐패시터 어레이에 비하여 유리하다.A split-deck structured capacitor array is advantageous compared to a general capacitor array in reducing the area of the capacitor array under the same conditions.
한편, 도 4에 예시한 두 종류의 캐패시터 어레이에 공통적으로 제조공정 상의 오차가 발생하지만, 스플릿 덱 구조의 캐패시터 어레이가 포함된 ADC의 경우, 제조공정 상의 오차 외에도 기생 캐패시터에 의한 가중치 오차가 증가한다. 따라서, 스플릿 덱 구조의 캐패시터 어레이를 포함하는 ADC에 본 발명의 일 실시예가 반영될 경우 가중치 오차로 인한 문제를 더욱 효과적으로 개선할 수 있다.Meanwhile, errors in the manufacturing process commonly occur in the two types of capacitor arrays illustrated in FIG. 4, but in the case of an ADC containing a split-deck capacitor array, in addition to errors in the manufacturing process, weight errors due to parasitic capacitors increase. . Therefore, when an embodiment of the present invention is reflected in an ADC including a capacitor array of a split deck structure, problems caused by weight errors can be more effectively improved.
한편, 오차로 인하여 설계 가중치보다 실제 가중치가 더 큰 경우라면 전통적인 바이너리 서치(Binary search) 방식이 적용된 ADC에서 오차 보정을 진행하는 것 보다는, 매 사이클마다 비교기(110) 오류를 감안하여 여유를 두는 리던던시 서치(Redundant search) 방식이 적용된 ADC에서 오차 보정을 진행하는 것이 효율적일 수 있다.On the other hand, if the actual weight is larger than the design weight due to an error, rather than performing error correction in an ADC using a traditional binary search method, redundancy is used to allow for the error of the comparator 110 in each cycle. It may be efficient to perform error correction in an ADC using a redundant search method.
일 실시예에서, 설계자가 예상하는 제조공정상의 오차 또는 기생 캐패시턴스로 인한 오차를 고려해서 실측 가중치를 도출하는 캐패시터의 크기를 결정할 수 있다.In one embodiment, the size of the capacitor from which the actual weight is derived can be determined by taking into account errors expected by the designer in the manufacturing process or errors due to parasitic capacitance.
일 실시예에서, 캐패시터 어레이에 포함되는 캐패시터들은 그 번호가 커질수록 설계 가중치가 증가되도록 배열될 수 있다. 예컨대, 제2 캐패시터의 설계 가중치는 제1 캐패시터의 설계 가중치 이상으로 설계될 수 있고, 제n-1 캐패시터의 설계 가중치는 제n-2 캐패시터의 설계 가중치 이상으로 설계될 수 있다. In one embodiment, the capacitors included in the capacitor array may be arranged so that the design weight increases as the number increases. For example, the design weight of the second capacitor may be designed to be greater than or equal to the design weight of the first capacitor, and the design weight of the n-1th capacitor may be designed to be greater than or equal to the design weight of the n-2th capacitor.
설계 가중치가 큰 캐패시터는 아날로그-디지털 변환시 상위비트(Most Significant Bit, MSB)를 결정하는데 활용되므로, 설계 가중치가 큰 캐패시터의 오차는 설계 가중치가 작은 캐패시터의 오차에 비하여 ADC의 유효 해상도를 크게 좌우할 수 있다. 따라서, 설계 가중치가 큰 캐패시터일수록 실측 가중치를 도출해야 할 필요성이 크다.Since capacitors with a large design weight are used to determine the most significant bit (MSB) during analog-to-digital conversion, the error of a capacitor with a large design weight can greatly affect the effective resolution of the ADC compared to the error of a capacitor with a small design weight. there is. Therefore, the larger the design weight of the capacitor, the greater the need to derive the actual weight.
한편, 설계 가중치가 작은 캐패시터의 실측 가중치를 구하기 위해서는 오차율에 상응할 정도로 작은 설계 가중치를 갖는 캐패시터가 필요하므로, 캐패시터 어레이에 포함되는 모든 캐패시터들에 대해서 실측 가중치를 도출하는 것이 불가능하거나, 실익이 작아 비효율적인 경우가 있다. 이러한 점을 고려하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100)에서는 실측 가중치를 도출하는 캐패시터의 설계 가중치를 설정할 수 있으며, 이를 위하여 m값을 정의할 수 있다. Meanwhile, in order to obtain the actual weight of a capacitor with a small design weight, a capacitor with a design weight small enough to correspond to the error rate is needed. Therefore, it is impossible to derive the actual weight for all capacitors included in the capacitor array, or the actual gain is small. There are cases where it is inefficient. Considering this, in the SAR-ADC (100) equipped with a capacitor correction function according to an embodiment of the present invention, the design weight of the capacitor that derives the actual weight can be set, and for this purpose, the m value can be defined. .
일 실시예에서, 수학식 1의 x는 m 이상 n-1 이하인 정수(m은 1보다 크고 n-1보다 작은 정수)가 되도록 할 수 있다. 여기서, m 값은 설계자가 예상하는 제조공정상의 오차 또는 기생 캐패시턴스로 인한 오차를 고려해서 결정될 수 있다. 예컨대, 예상되는 오차율이 2%라고 할 때, 설계용량이 500fF인 캐패시터의 경우 오차가 10fF가 되는데, 이 오차인 10fF보다 작은 용량을 갖는 캐패시터가 있는 경우에만 설계용량이 500fF인 캐패시터의 실측 가중치를 도출할 수 있으므로, 이러한 사항을 고려해서 m값을 결정할 수 있다는 것이다.In one embodiment, x in Equation 1 can be an integer greater than m and less than n-1 (m is an integer greater than 1 and less than n-1). Here, the m value can be determined by considering errors expected by the designer in the manufacturing process or errors due to parasitic capacitance. For example, if the expected error rate is 2%, the error will be 10fF for a capacitor with a design capacity of 500fF. Only if there is a capacitor with a capacity smaller than this error of 10fF, the actual weight of the capacitor with a design capacity of 500fF is used. Since it can be derived, the value of m can be determined by taking these matters into consideration.
한편, 아날로그-디지털 변환을 위한 캐패시터 어레이에는 충분히 작은 설계 가중치를 갖는 캐패시터가 포함되지 않지만, 설계 가중치가 작은 캐패시터에 대한 실측 가중치를 구할 필요가 있을 수 있는데, 이러한 경우를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100)에서는 설계 가중치가 충분히 작은 보조 캐패시터를 활용하는 방안을 제시한다.Meanwhile, the capacitor array for analog-to-digital conversion does not include a capacitor with a sufficiently small design weight, but it may be necessary to obtain an actual weight for a capacitor with a small design weight. For this case, an embodiment of the present invention The SAR-ADC (100) equipped with a capacitor compensation function according to suggests a method of utilizing an auxiliary capacitor with a sufficiently small design weight.
도 3을 참조하면, 메인스위치(SWc)와 제1 단자(111) 사이에 보조 캐패시터(C(-1), C(-2),…) 및 보조 스위치(SW(-1), SW(-2), …)를 추가로 구비함으로써 설계 가중치가 더 작은 캐패시터에 대해서도 보정모드를 수행하고 실측 가중치를 도출할 수 있게 된다. Referring to Figure 3, between the main switch (SWc) and the first terminal 111, auxiliary capacitors (C(-1), C(-2),...) and auxiliary switches (SW(-1), SW(- 2), … ), it is possible to perform compensation mode and derive actual weights even for capacitors with smaller design weights.
일 실시예에서, 보조 캐패시터의 상판과 제1 단자(111) 사이에 제1 보정모드 보조 스위치(CSW1)가 구비되어, 보정모드에서만 보조 캐패시터가 캐패시터 어레이에 연결되도록 할 수 있다. 이에 따라, 캐패시터 보정의 정밀도를 향상시키면서도, 불필요한 에너지 손실이나 아날로그-디지털 변환과정의 오작동을 방지할 수 있다.In one embodiment, a first compensation mode auxiliary switch (CSW1) is provided between the top plate of the auxiliary capacitor and the first terminal 111, so that the auxiliary capacitor is connected to the capacitor array only in the compensation mode. Accordingly, while improving the precision of capacitor compensation, unnecessary energy loss or malfunction of the analog-digital conversion process can be prevented.
다른 실시예에서, 발생할 수 있는 캐패시터의 미스매치나 하위비트 쪽을 담당하는 캐패시터를 이용해서 보정모드를 진행할때 발생하는 양자화 오차(quantization error)를 고려하여, 적당한 m을 선정하여 P(m)부터 실측 가중치를 구하는 방식으로 보정모드를 수행할 수 있다.In another embodiment, taking into account the mismatch of the capacitor that may occur or the quantization error that occurs when performing the correction mode using the capacitor in charge of the lower bit, an appropriate m is selected, starting from P(m). Correction mode can be performed by calculating the actual weight.
이 때, P(-1), P(-2) 등은 단위 캐패시터(unit capacitor) 보다 작은 캐패시터(전술한 보조 캐패시터)로 구현하거나, 단위 캐패시터에 인가되는 기준전압의 크기를 세분화하여 연결함으로써 구현 할 수 있다.At this time, P(-1), P(-2), etc. are implemented with a capacitor (the aforementioned auxiliary capacitor) smaller than the unit capacitor, or by subdividing the size of the reference voltage applied to the unit capacitor and connecting it. can do.
일 실시예에서, 제1 내지 제n-1 캐패시터 중 적어도 하나와 제1 단자(111) 사이를 선택적으로 연결하거나 분리시키는 제2 보정모드 보조 스위치(CSW2)가 더 구비될 수 있다. 제2 보정모드 보조 스위치(CSW2)를 활용하여 보정모드에서 해당 캐패시터가 캐패시터 어레이에서 분리되도록 할 수 있다. 가중치가 큰 캐패시터가 캐패시터 어레이에 연결된 상태에서 가중치가 작은 캐패시터에 대한 보정모드를 진행할 경우 비교기(110)의 판단 정확도가 감소될 수 있는데, 이러한 경우 측정대상 캐패시터보다 가중치가 큰 캐패시터들 중 적어도 하나 이상의 캐패시터를 캐패시터 어레이에서 분리함으로써 비교기(110) 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다. In one embodiment, a second compensation mode auxiliary switch (CSW2) that selectively connects or disconnects between at least one of the first to n-1th capacitors and the first terminal 111 may be further provided. The second compensation mode auxiliary switch (CSW2) can be used to separate the corresponding capacitor from the capacitor array in compensation mode. If a correction mode for a capacitor with a small weight is performed while a capacitor with a large weight is connected to the capacitor array, the judgment accuracy of the comparator 110 may be reduced. In this case, at least one of the capacitors with a larger weight than the capacitor to be measured By separating the capacitor from the capacitor array, the accuracy of the comparator 110 judgment can be improved.
본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그신호의 디지털 변환방법은, 전술한 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC(100)를 활용하는 방법으로 구현될 수 있다.The digital conversion method of an analog signal according to an embodiment of the present invention can be implemented by utilizing the SAR-ADC (100) equipped with the capacitor correction function described above.
일 실시예에서, 보정모드에서는 측정대상 캐패시터의 실측 가중치 Pr(x)를 구하는 과정이 수행될 수 있다.In one embodiment, a process of calculating the actual weight Pr(x) of the capacitor to be measured may be performed in the correction mode.
먼저, 제1 내지 제n-1 스위치의 타단 및 상기 제1 단자(111)에 제1 기준전압(Vcm)이 인가될 수 있다(A0 단계).First, a first reference voltage (Vcm) may be applied to the other terminal of the first to n-1th switches and the first terminal 111 (step A0).
다음으로, 측정대상 캐패시터의 하판에 제2 기준전압(Vrefp)을 인가하고 제1 단자(111)의 전압이 안정화된 후에 비교기(110)의 출력을 저장할 수 있다(A1단계).Next, the second reference voltage (Vrefp) is applied to the lower plate of the capacitor to be measured, and after the voltage at the first terminal 111 is stabilized, the output of the comparator 110 can be stored (step A1).
다음으로, 인가대상 캐패시터 집합에서 설계 가중치가 가장 큰 캐패시터의 하판으로 인가되는 기준전압을 변경하고 비교기(110)가 안정화된 후 비교기(110) 출력을 저장할 수 있다(A2 단계). 여기서, 인가대상 캐패시터 집합은 설계 가중치 또는 실측 가중치가 측정대상 캐패시터보다 작은 캐패시터들로 이루어지는 집합을 의미한다.Next, the reference voltage applied to the lower plate of the capacitor with the largest design weight in the set of capacitors to be applied can be changed and the output of the comparator 110 can be stored after the comparator 110 is stabilized (step A2). Here, the set of capacitors to be applied means a set of capacitors whose design weight or actual weight is smaller than the capacitor to be measured.
다음으로, A2 단계가 진행된 캐패시터를 인가대상 캐패시터 집합에서 제외시킨다(A3 단계).Next, the capacitor that has undergone step A2 is excluded from the set of capacitors subject to approval (step A3).
다음으로, A3 단계가 수행된 인가대상 캐패시터 집합을 A2단계로 피드백한다(A4 단계).Next, the set of applied capacitors for which step A3 was performed is fed back to step A2 (step A4).
A2 단계에서 기준전압이 변경되는데, 비교기(110) 출력이 하이(High)면 제3 기준전압(Vrefm)으로 변경되고, A2 단계의 비교기(110) 출력이 로우(Low)면 제2 기준전압(Vrefp)으로 변경되는 방식으로 작동한다.The reference voltage is changed in stage A2. If the output of the comparator 110 is high, it is changed to the third reference voltage (Vrefm), and if the output of the comparator 110 in stage A2 is low, it is changed to the second reference voltage ( Vrefp).
인가대상 캐패시터 집합에 포함되는 캐패시터에 대해서 상술한 A2, A3, A4 단계를 순차적으로 수행함으로써 측정대상 캐패시터의 실측 가중치를 도출할 수 있다.By sequentially performing steps A2, A3, and A4 described above for the capacitors included in the set of capacitors to be applied, the actual weight of the capacitor to be measured can be derived.
한편, A1 단계에서 측정대상 캐패시터의 하판에 제2 기준전압을 인가했으므로, 인식대상 캐패시터 집합에 대해서 A2 단계를 최초로 실행할 경우에는 비교기 출력을 판단하지 않더라도 제3 기준전압으로 변경되도록 할 수 있다. 즉, A1 단계에서 제2 기준전압을 인가했으므로 비교기 출력은 당연히 하이(High)가 되고 A2 단계에 최초로 적용되는 기준전압 변경은 A1 단계에서 측정대상 캐패시터의 하판에 인가되는 제2 기준전압이 아닌 제3 기준전압으로의 변경이 이루어지면 된다는 것이다. Meanwhile, since the second reference voltage was applied to the lower plate of the capacitor to be measured in step A1, when step A2 is first performed for the set of capacitors to be recognized, the comparator output can be changed to the third reference voltage even if it is not judged. In other words, since the second reference voltage is applied in the A1 stage, the comparator output naturally becomes high, and the reference voltage change first applied to the A2 stage is not the second reference voltage applied to the bottom plate of the capacitor to be measured in the A1 stage. 3 All that needs to be done is to change to the standard voltage.
도 6을 참조하여, 제n-2 캐패시터(C(n-2))의 실측 가중치 P(n-2)를 도출하는 원리를 살펴보면, T(1) 구간 동안 및 제1 내지 제n-1 스위치의 타단 및 제1 단자(111)에 제1 기준전압(Vcm)이 인가된다. 도면에서 Vbot(n-1)은 제n-1 캐패시터의 하판(bottom plate)의 전압을 의미한다(도 5 참조).Referring to FIG. 6, looking at the principle of deriving the actual weight P(n-2) of the n-2th capacitor (C(n-2)), during the T(1) period and the first to n-1th switches A first reference voltage (Vcm) is applied to the other end and the first terminal 111. In the drawing, Vbot(n-1) refers to the voltage of the bottom plate of the n-1th capacitor (see FIG. 5).
다음으로, T(2) 구간에서 측정대상 캐패시터인 제n-2 캐패시터(C(n-2))의 하판에 제2 기준전압(Vrefp)이 인가되며, 그 결과 제1 단자(111)의 전압이 소정의 이득(예컨대 (Vrefp-Vcm)*P(n-2)/sum(P))만큼 상승한다. 여기서, 상승된 제1 단자(111)의 전압을 제2 단자(112)의 전압과 비교한 결과를 비교기(110)가 출력하고 D(n-3)으로 저장된다. 일 실시예에서, 비교 결과는 하이이므로 D(n-3)은 1이고, d(n-3)도 1이 될 수 있다. 한편, 비교기(110)의 결과 출력은 클럭신호(ck)의 라이징 에지에서 이루어지는 방식으로 클럭신호(ck)에 의하여 비교기(110) 출력 타이밍이 조절될 수 있다. 한편, 도면에서는 클럭신호와 ADC의 동작주기가 일치되는 동기식(synchronous)을 예시하였으나, 필요에 따라 비동기식(asynchronous)으로 구현될 수 있다. 여기서, 비동기식은 이전단계의 동작 완료시점을 고려해서 다음 동작의 타이밍이 달라지는 방식으로, 동작 주기가 일정하지 않고 달라질 수 있는 방식이다.Next, the second reference voltage (Vrefp) is applied to the lower plate of the n-2th capacitor (C(n-2)), which is the capacitor to be measured, in the T(2) section, and as a result, the voltage of the first terminal 111 It rises by a predetermined gain (e.g., (Vrefp-Vcm)*P(n-2)/sum(P)). Here, the comparator 110 outputs the result of comparing the increased voltage of the first terminal 111 with the voltage of the second terminal 112 and is stored as D(n-3). In one embodiment, the comparison result is high, so D(n-3) is 1, and d(n-3) may also be 1. Meanwhile, the output timing of the comparator 110 can be adjusted by the clock signal ck in such a way that the result output of the comparator 110 is performed at the rising edge of the clock signal ck. Meanwhile, in the drawing, a synchronous type is illustrated in which the clock signal and the operation cycle of the ADC are identical, but it can be implemented asynchronously if necessary. Here, the asynchronous method is a method in which the timing of the next operation varies considering the completion time of the previous operation, and the operation cycle is not constant and can vary.
다음으로, T(3) 구간에서 인가대상 캐패시터 집합에 포함되는 캐패시터들에 대한 A2, A3, A4 단계의 순차 진행이 반복된다. 도 6에 예시된 상황에서는 인가대상 캐패시터 집합에 C(n-3), C(n-4), C(n-5), … C(1), C(0), C(-1), C(-2) 등이 포함될 수 있다. Next, the sequential progress of steps A2, A3, and A4 is repeated for the capacitors included in the set of capacitors subject to application in the T(3) section. In the situation illustrated in Figure 6, the capacitor set to be applied includes C(n-3), C(n-4), C(n-5),... C(1), C(0), C(-1), C(-2), etc. may be included.
먼저, D(n-3)이 1(High) 이므로 C(n-3)의 하판에 제3 기준전압(Vrefm)이 인가되도록 제n-3 스위치를 제어하고, 그 결과 Vbot(n-3)이 제1 기준전압(Vcm)에서 제3 기준전압(Vrefm)으로 변경되고, 이에 따라, 제1 단자(111)의 전압도 소정의 이득(예컨대 (Vcm-Vrefm)*P(n-3)/sum(P))만큼 하강한다. 여기서, 하강된 제1 단자(111)의 전압을 제2 단자(112)의 전압인 제1 기준전압(Vcm)과 비교한 결과를 비교기(110)가 출력하고 D(n-4)으로 저장된다. 일 실시예에서, 비교 결과는 하이이므로 D(n-4)은 1이고, d(n-4)는 1이 될 수 있다. 여기까지가 C(n-3)에 대한 A2 단계의 수행과정이며, A3 단계를 수행하여 인식대상 캐패시터 집합에서 C(n-3)를 제외시키고, A4 단계를 수행하여 리뉴얼된 인식대상 캐패시터 집합을 A2 단계로 피드백한다.First, since D(n-3) is 1 (High), the n-3th switch is controlled so that the third reference voltage (Vrefm) is applied to the lower plate of C(n-3), and as a result, Vbot(n-3) The first reference voltage (Vcm) is changed to the third reference voltage (Vrefm), and accordingly, the voltage of the first terminal 111 also changes to a predetermined gain (e.g., (Vcm-Vrefm)*P(n-3)/ Descend by sum(P)). Here, the comparator 110 outputs the result of comparing the lowered voltage of the first terminal 111 with the first reference voltage (Vcm), which is the voltage of the second terminal 112, and is stored as D(n-4). . In one embodiment, the comparison result is high, so D(n-4) may be 1, and d(n-4) may be 1. This is the process of performing step A2 for C(n-3). Step A3 is performed to exclude C(n-3) from the set of capacitors to be recognized, and step A4 is performed to select a renewed set of capacitors to be recognized. Feedback to step A2.
다음으로, D(n-4)이 1(High) 이므로 인식대상 캐패시터 집합에서 설계 가중치가 가장 큰 C(n-4)의 하판에 제3 기준전압(Vrefm)이 인가되도록 제n-4 스위치를 제어하고, 그 결과 Vbot(n-4)이 제1 기준전압(Vcm)에서 제3 기준전압(Vrefm)으로 변경되고, 이에 따라, 제1 단자(111)의 전압도 소정의 이득(예컨대 (Vcm-Vrefm)*P(n-4)/sum(P))만큼 하강한다. 여기서, 하강된 제1 단자(111)의 전압을 제2 단자(112)의 전압인 제1 기준전압(Vcm)과 비교한 결과를 비교기(110)가 출력하고 D(n-5)으로 저장된다. 일 실시예에서, 비교 결과는 로우이므로 D(n-5)은 0이고, d(n-5)는 -1이 될 수 있다. 여기까지가 C(n-4)에 대한 A2 단계의 수행과정이며, A3 단계를 수행하여 인식대상 캐패시터 집합에서 C(n-4)를 제외시키고, A4 단계를 수행하여 리뉴얼된 인식대상 캐패시터 집합을 A2 단계로 피드백한다.Next, since D(n-4) is 1 (High), the n-4th switch is set so that the third reference voltage (Vrefm) is applied to the lower plate of C(n-4), which has the largest design weight in the set of capacitors to be recognized. control, and as a result, Vbot (n-4) changes from the first reference voltage (Vcm) to the third reference voltage (Vrefm), and accordingly, the voltage of the first terminal 111 also changes to a predetermined gain (for example, (Vcm) -Vrefm)*P(n-4)/sum(P)) descends. Here, the comparator 110 outputs the result of comparing the lowered voltage of the first terminal 111 with the first reference voltage (Vcm), which is the voltage of the second terminal 112, and is stored as D(n-5). . In one embodiment, the comparison result is low, so D(n-5) may be 0 and d(n-5) may be -1. This is the process of performing step A2 for C(n-4). Step A3 is performed to exclude C(n-4) from the set of capacitors to be recognized, and step A4 is performed to select a renewed set of capacitors to be recognized. Feedback to step A2.
다음으로, D(n-5)이 1(Low) 이므로 C(n-5)의 하판에 제2 기준전압(Vrefp)이 인가되도록 제n-5 스위치를 제어하고, 그 결과 Vbot(n-5)이 제1 기준전압(Vcm)에서 제2 기준전압(Vrefp)으로 변경되고, 그 결과 제1 단자(111)의 전압도 소정의 이득(예컨대 (Vrefp-Vcm)*P(n-5)/sum(P))만큼 상승한다. 여기서, 상승된 제1 단자(111)의 전압을 제2 단자(112)의 전압인 제1 기준전압(Vcm)과 비교한 결과를 비교기(110)가 출력하고 D(n-6)으로 저장된다. 일 실시예에서, 비교 결과는 하이이므로 D(n-6)은 1이고, d(n-6)는 1이 될 수 있다. 여기까지가 C(n-5)에 대한 A2 단계의 수행과정이며, A3 단계를 수행하여 인식대상 캐패시터 집합에서 C(n-5)를 제외시키고, A4 단계를 수행하여 리뉴얼된 인식대상 캐패시터 집합을 A2 단계로 피드백한다.Next, since D(n-5) is 1 (Low), the n-5th switch is controlled so that the second reference voltage (Vrefp) is applied to the lower plate of C(n-5), and as a result, Vbot(n-5 ) is changed from the first reference voltage (Vcm) to the second reference voltage (Vrefp), and as a result, the voltage of the first terminal 111 also changes to a predetermined gain (e.g., (Vrefp-Vcm)*P(n-5)/ It rises by sum(P)). Here, the comparator 110 outputs the result of comparing the raised voltage of the first terminal 111 with the first reference voltage (Vcm), which is the voltage of the second terminal 112, and is stored as D(n-6). . In one embodiment, the comparison result is high, so D(n-6) may be 1, and d(n-6) may be 1. This is the process of performing step A2 for C(n-5). Step A3 is performed to exclude C(n-5) from the set of capacitors to be recognized, and step A4 is performed to select a renewed set of capacitors to be recognized. Feedback to step A2.
이상과 같이 A2, A3, A4 단계를 순차 수행하는 과정을 반복하면서 C1에 대해서 A2 단계를 진행하면 D(0)를 얻을 수 있다. 이렇게 도출된 D(0), D(1), … D(n-3)과 이미 알고 있는 P(0), P(1), … P(n-3)을 이용해서 수학식 1을 적용하여 Pr(n-2)를 도출할 수 있다.If you repeat the process of sequentially performing steps A2, A3, and A4 as above and proceed with step A2 for C1, D(0) can be obtained. D(0), D(1), … derived in this way. D(n-3) and the already known P(0), P(1), … Pr(n-2) can be derived by applying Equation 1 using P(n-3).
한편, C(0)는 디폴트 캐패시터로써, C(0)에 대한 기준전압 변화 없이도 D(0)를 구할 수 있다. 또한, 디폴트 캐패시터의 하판에는 DC전압이 연결된 상태를 유지할 수 있으며, 이러한 디폴트 캐패시터를 구비함으로써, ADC의 변환이득(Conversion gain)을 1로 맞출 수 있다. 그러나, ADC의 변환이득이 1에 미치지 못할 경우에는 디폴트 캐패시터를 생략할 수도 있다. 다만, 측정대상 캐패시터의 설계 가중치가 충분히 작을 경우, 디폴트 캐패시터, 더 나아가 보조 캐패시터를 활용하여 Vbot(0), Vbot(-1), Vbot(-2)를 변화시켜서 실측 가중치를 도출해야 할 수도 있다.Meanwhile, C(0) is the default capacitor, so D(0) can be obtained without changing the reference voltage for C(0). In addition, the DC voltage can be maintained connected to the bottom of the default capacitor, and by providing this default capacitor, the conversion gain of the ADC can be set to 1. However, if the conversion gain of the ADC is less than 1, the default capacitor can be omitted. However, if the design weight of the capacitor to be measured is sufficiently small, the actual weight may need to be derived by changing Vbot(0), Vbot(-1), and Vbot(-2) using the default capacitor or even an auxiliary capacitor. .
이상과 같이, 설계 가중치가 큰 캐패시터의 실측과정은 설계 가중치가 작은 캐패시터들을 활용하여 진행되므로, 설계 가중치가 작은 캐패시터의 실측과정부터 진행하고, 실측이 완료된 캐패시터들은 실측 가중치를 적용하여 다른 캐패시터의 실측 과정이 진행되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, m이 4라면, Pd(0), Pd(1), Pd(2), Pd(3), Pr(4), Pr(5), Pr(6), Pr(7)을 활용해서 Pr(8)을 도출하는 것이 바람직하며, Pr(4)를 도출한 다음 Pr(5), Pr(6), Pr(7) 순으로 실측 가중치를 구하는 것이 바람직하다는 것이다.As above, the actual measurement process for capacitors with large design weights is carried out using capacitors with small design weights, so the actual measurement process for capacitors with small design weights is started first, and the actual measurement weights are applied to the capacitors for which actual measurements have been completed and the actual measurements for other capacitors are performed. It is desirable to allow the process to proceed. In other words, if m is 4, use Pd(0), Pd(1), Pd(2), Pd(3), Pr(4), Pr(5), Pr(6), and Pr(7) to obtain Pr It is desirable to derive (8), and it is desirable to derive Pr(4) and then obtain the actual weights in the order of Pr(5), Pr(6), and Pr(7).
도 5를 참조하여, 입력전압(Vin)을 변환하여 ADC_out을 출력하는 원리를 살펴보면, 먼저, 제1 단자(111)에 입력전압(Vin)이 인가되어 비교기(110)가 안정화된 후에 비교 결과를 출력하며, 출력된 비교결과는 D(n-1)로 저장된다. Referring to FIG. 5, looking at the principle of converting the input voltage (Vin) and outputting ADC_out, first, the input voltage (Vin) is applied to the first terminal 111 and the comparator 110 is stabilized, and then the comparison result is It is output, and the output comparison result is stored as D(n-1).
일 실시예에서, 비교 결과는 하이이므로 D(n-1)은 1이고, d(n-1)도 1이 될 수 있다. 이때, D(n-1)이 1(High) 이므로 C(n-1)의 하판에 제3 기준전압(Vrefm)이 인가되도록 제n-1 스위치를 제어하고, 그 결과 Vbot(n-1)이 제1 기준전압(Vcm)에서 제3 기준전압(Vrefm)으로 변경되고, 이에 따라, 제1 단자(111)의 전압도 소정의 이득(예컨대 (Vcm-Vrefm)*P(n-1)/sum(P))만큼 하강한다. 여기서, 하강된 제1 단자(111)의 전압을 제2 단자(112)의 전압인 제1 기준전압(Vcm)과 비교한 결과를 비교기(110)가 출력하고 D(n-2)으로 저장된다. 일 실시예에서, 비교 결과는 로우이므로 D(n-2)은 0이고, d(n-2)는 -1이 될 수 있다.In one embodiment, the comparison result is high, so D(n-1) is 1, and d(n-1) may also be 1. At this time, since D(n-1) is 1 (High), the n-1th switch is controlled so that the third reference voltage (Vrefm) is applied to the lower plate of C(n-1), and as a result, Vbot(n-1) The first reference voltage (Vcm) is changed to the third reference voltage (Vrefm), and accordingly, the voltage of the first terminal 111 also changes to a predetermined gain (e.g., (Vcm-Vrefm)*P(n-1)/ Descend by sum(P)). Here, the comparator 110 outputs the result of comparing the lowered voltage of the first terminal 111 with the first reference voltage (Vcm), which is the voltage of the second terminal 112, and is stored as D(n-2). . In one embodiment, the comparison result is low, so D(n-2) may be 0 and d(n-2) may be -1.
다음으로, D(n-2)이 0(Low) 이므로 C(n-2)의 하판에 제2 기준전압(Vrefp)이 인가되도록 제n-2 스위치를 제어하고, 그 결과 Vbot(n-2)이 제1 기준전압(Vcm)에서 제2 기준전압(Vrefp)으로 변경되고, 이에 따라, 제1 단자(111)의 전압도 소정의 이득(예컨대 (Vrefp-Vcm)*P(n-2)/sum(P))만큼 상승한다. 여기서, 상승된 제1 단자(111)의 전압을 제2 단자(112)의 전압인 제1 기준전압(Vcm)과 비교한 결과를 비교기(110)가 출력하고 D(n-3)으로 저장된다. 일 실시예에서, 비교 결과는 하이이므로 D(n-3)은 1이고, d(n-3)는 1이 될 수 있다.Next, since D(n-2) is 0 (Low), the n-2th switch is controlled so that the second reference voltage (Vrefp) is applied to the lower plate of C(n-2), and as a result, Vbot(n-2 ) is changed from the first reference voltage (Vcm) to the second reference voltage (Vrefp), and accordingly, the voltage of the first terminal 111 also changes to a predetermined gain (e.g., (Vrefp-Vcm)*P(n-2) It rises by /sum(P)). Here, the comparator 110 outputs the result of comparing the raised voltage of the first terminal 111 with the first reference voltage (Vcm), which is the voltage of the second terminal 112, and is stored as D(n-3). . In one embodiment, the comparison result is high, so D(n-3) may be 1, and d(n-3) may be 1.
이상과 같은 과정을 반복해서 D(0)까지 얻을 수 있다. 이렇게 도출된 D(0), D(1), … D(n-1)과 이미 알고 있는 P(0), P(1), … P(n-1)을 이용해서 수학식 2를 적용하여 ADC_out을 도출할 수 있다. 수학식 2에서 PP(k)는 실측 가중치가 이미 도출된 캐패시터에 대해서는 실측 가중치가 적용되고, 실측 가중치가 도출되지 않은 캐패시터에 대해서는 설계 가중치가 적용될 수 있다. 즉, PP(k)에는 Pr(k)가 우선 적용되고, Pr(k)가 없는 경우에는 Pd(k)가 적용될 수 있다. By repeating the above process, D(0) can be obtained. D(0), D(1), … derived in this way. D(n-1) and the already known P(0), P(1), … ADC_out can be derived by applying Equation 2 using P(n-1). In Equation 2, for PP(k), the actual weight may be applied to the capacitor for which the actual weight has already been derived, and the design weight may be applied to the capacitor for which the actual weight has not been derived. That is, Pr(k) is first applied to PP(k), and if Pr(k) is not present, Pd(k) can be applied.
또한, PP(k)는 k가 m 이상일때 Pr(k)이고, k가 m 미만 일때 Pd(k)로 정의될 수 있다.Additionally, PP(k) can be defined as Pr(k) when k is greater than m and as Pd(k) when k is less than m.
도시되지는 않았지만, 본 발명은 싱글모드 뿐만 아니라, 차동모드 ADC에도 동일한 방식으로 적용될 수 있다. 예컨대, 차동모드의 경우 동일한 구성의 캐패시터 어레이가 비교기(110)의 제2 단자(112)에도 연결될 수 있다.Although not shown, the present invention can be applied in the same way to not only single mode ADC but also differential mode ADC. For example, in the case of differential mode, a capacitor array of the same configuration may also be connected to the second terminal 112 of the comparator 110.
이상과 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따르면, 오차 보정을 위한 별도의 외부회로 없이, 이미 마련되어 있는 캐패시터들을 이용하여 상위비트 쪽의 큰 가중치들을 보정할 수 있으며, 수 %의 미스매치를 고려하면 고해상도의 ADC 회로가, 자체 구성요소들을 스스로 이용하여 상위 가중치들을 정확하게 추출함으로써 캡 미스매치 및 기생캡의 영향(특히 스플릿 덱(split dac의 경우))을 효과적으로 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention configured as described above, large weights on the upper bit side can be corrected using already prepared capacitors without a separate external circuit for error correction, and considering a mismatch of several percent, A high-resolution ADC circuit can effectively eliminate the effects of cap mismatch and parasitic cap (especially in the case of split dac) by accurately extracting the upper weights using its own components.
<도면 중 부호의 설명><Explanation of symbols in drawings>
100 : 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC, 110 : 비교기, 111 : 제1 단자, 112 : 제2 단자, 113 : 제3 단자, 120 : 캐패시터 어레이, 121 : 입력단자, C(0) : 디폴트 캐패시터, C(1) ~ C(n-1) : 제1 내지 제n-1 캐패시터, C(-1), C(-2) : 보조 캐패시터, SWc : 메인스위치, SW(0) : 디폴트 스위치, SW(1) ~ SW(n-1) : 제1 내지 제n-1 스위치, SW(-1), SW(-2) : 보조 스위치, CSW1 : 제1 보정모드 보조 스위치, CSW2 : 제2 보정모드 보조 스위치, Vin : 입력전압, Vcm : 제1 기준전압, Vrefp : 제2 기준전압, Vrefm : 제3 기준전압, 130 : 스위치 제어기, 140 : 연산기, 141 : 출력단자, 150 : 제어부100: SAR-ADC with capacitor compensation function, 110: comparator, 111: first terminal, 112: second terminal, 113: third terminal, 120: capacitor array, 121: input terminal, C(0): default Capacitor, C(1) ~ C(n-1): 1st to n-1th capacitor, C(-1), C(-2): Auxiliary capacitor, SWc: Main switch, SW(0): Default switch , SW(1) ~ SW(n-1): 1st to n-1th switch, SW(-1), SW(-2): auxiliary switch, CSW1: 1st compensation mode auxiliary switch, CSW2: 2nd Compensation mode auxiliary switch, Vin: input voltage, Vcm: first reference voltage, Vrefp: second reference voltage, Vrefm: third reference voltage, 130: switch controller, 140: operator, 141: output terminal, 150: control unit
본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC는, 아날로그-디지털 컨버터를 구현하는데 활용될 수 있고, 아날로그-디지털 컨버터는 각종 송수신장치, 디스플레이장치 등 전자장치 전반에 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 칩 제작과정에서 발생하는 공정오차로 인한 문제를 해결할 수 있으며, 데이터 송수신 인터페이스의 저전력화 및 고해상도화에 유리하다. 이에 따라, 자율주행차량용 센서와 프로세서 사이의 대용량 데이터의 고속 송수신 등의 차세대 자동차산업, 초고속 초대용량 영상데이터의 유선통신 산업 등에 이용될 수 있다.A SAR-ADC equipped with a capacitor correction function according to an embodiment of the present invention can be used to implement an analog-to-digital converter, and the analog-to-digital converter can be used in all electronic devices such as various transmission and reception devices and display devices. there is. In addition, an embodiment of the present invention can solve problems caused by process errors occurring during the chip manufacturing process and is advantageous in reducing power consumption and increasing high resolution of the data transmission and reception interface. Accordingly, it can be used in the next-generation automobile industry, such as high-speed transmission and reception of large-capacity data between sensors and processors for autonomous vehicles, and in the wired communication industry for ultra-high-speed and large-capacity video data.

Claims (13)

  1. 아날로그신호인 입력전압을 n비트 해상도로 출력하는 SAR-ADC에 있어서,In a SAR-ADC that outputs an input voltage, which is an analog signal, with n-bit resolution,
    메인스위치;main switch;
    상판이 상기 메인스위치의 타단에 연결되는 제1 내지 제n-1 캐패시터;1st to n-1th capacitors whose upper plates are connected to the other end of the main switch;
    일단이 상기 제1 내지 상기 제n-1 캐패시터 각각의 하판에 각각 연결되는 제1 내지 제n-1 스위치;first to n-1th switches, one end of which is connected to a lower plate of each of the first to n-1th capacitors;
    상기 메인스위치의 타단이 연결되는 제1 단자, 상기 제1 기준전압이 인가되는 제2 단자, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자의 전압을 비교한 결과를 출력하는 제3 단자를 포함하는 비교기;A comparator including a first terminal to which the other end of the main switch is connected, a second terminal to which the first reference voltage is applied, and a third terminal that outputs a result of comparing the voltages of the first terminal and the second terminal;
    상기 메인스위치 및 상기 제1 내지 제n-1 스위치를 제어하는 스위치 제어기;a switch controller that controls the main switch and the first to n-1th switches;
    상기 제3 단자의 출력을 이용하여 연산을 수행하는 연산기; 및 an operator that performs calculations using the output of the third terminal; and
    상기 연산기의 연산결과를 이용하여 상기 스위치 제어기에 제어명령을 인가하는 제어부;를 포함하되,A control unit that applies a control command to the switch controller using the operation result of the operator,
    상기 제1 내지 제n-1 스위치 중 적어도 하나는 상기 스위치 제어기의 명령에 따라 상기 제1 내지 제n-1 캐패시터의 하판에, 상기 제1 기준전압, 상기 제1 기준전압보다 큰 제2 기준전압 및 상기 제1 기준전압보다 작은 제3 기준전압 중 하나가 선택적으로 인가되도록 하거나 오픈되도록 하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC.At least one of the first to n-1th switches is applied to the lower plate of the first to n-1th capacitor according to a command of the switch controller, and applies the first reference voltage and a second reference voltage greater than the first reference voltage. and SAR-ADC with a capacitor compensation function, characterized in that one of the third reference voltages smaller than the first reference voltage is selectively applied or opened.
  2. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 제1 내지 제n-1 캐패시터의 설계 가중치는 각각 Pd(1) 내지 Pd(n-1)라고 정의되고, The design weights of the first to n-1th capacitors are defined as Pd(1) to Pd(n-1), respectively,
    상기 제1 내지 제n-1 캐패시터의 실측 가중치는 각각 Pr(1) 내지 Pr(n-1)라고 정의되고, The actual weights of the first to n-1th capacitors are defined as Pr(1) to Pr(n-1), respectively,
    상기 제어부는 상기 스위치 제어기가 일반모드 및 보정모드 중 선택되는 한 모드로 동작되도록 제어명령을 생성하고, The control unit generates a control command so that the switch controller operates in one mode selected from normal mode and compensation mode,
    상기 일반모드에서 상기 제3 단자의 출력은 D(k)로 정의되고,In the normal mode, the output of the third terminal is defined as D(k),
    상기 일반모드에서 상기 연산기의 출력단자 출력은 ADC_out으로 정의되되, In the normal mode, the output terminal of the calculator is defined as ADC_out,
    상기 보정모드에서 상기 Pr(1) 내지 Pr(n-1) 중 적어도 하나 이상이 결정되고, In the correction mode, at least one of Pr(1) to Pr(n-1) is determined,
    상기 일반모드 진행중 상기 연산기는 상기 보정모드에서 얻어진 실측 가중치를 적용하여 상기 ADC_out을 연산하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC.A SAR-ADC with a capacitor correction function, wherein while the normal mode is in progress, the calculator calculates the ADC_out by applying the actual weight obtained in the correction mode.
  3. 제2항에 있어서, According to paragraph 2,
    상기 Pr(1) 내지 Pr(n-1) 중 하나인 Pr(x)는 아래의 수학식을 연산하여 도출되고, Pr(x), one of Pr(1) to Pr(n-1), is derived by calculating the equation below,
    Figure PCTKR2023020643-appb-img-000008
    Figure PCTKR2023020643-appb-img-000008
    상기 d(k)는 상기 보정모드에서의 상기 비교기 출력이 하이(High)면 1로 정의되고, 상기 비교기 출력이 로우(Low)면 -1로 정의되는 값인 것을 특징으로 하는 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC.The d(k) is a value defined as 1 when the comparator output in the correction mode is high, and is defined as -1 when the comparator output is low. SAR-ADC.
  4. 제3항에 있어서, According to clause 3,
    상기 P(k)에는 실측 가중치가 이미 도출된 캐패시터에 대해서는 실측 가중치가 적용되고, 실측 가중치가 도출되지 않은 캐패시터에 대해서는 설계 가중치가 적용되는 것을 특징으로 하는 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC.A SAR-ADC with a capacitor correction function, wherein the actual weight is applied to the P(k) for capacitors for which the actual weight has already been derived, and the design weight is applied to the capacitor for which the actual weight has not been derived.
  5. 제3항에 있어서, According to clause 3,
    상기 ADC_out은 아래의 수학식을 연산하여 도출되고,The ADC_out is derived by calculating the equation below,
    Figure PCTKR2023020643-appb-img-000009
    Figure PCTKR2023020643-appb-img-000009
    상기 PP(k)에는 Pr(k)가 우선 적용되고, 상기 Pr(k)가 없는 경우에는 Pd(k)가 적용되는 것을 특징으로 하는 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC.A SAR-ADC with a capacitor compensation function, characterized in that Pr(k) is first applied to the PP(k), and when there is no Pr(k), Pd(k) is applied.
  6. 제5항에 있어서, According to clause 5,
    상기 m은 1보다 크고 n-1보다 작은 정수이고, where m is an integer greater than 1 and less than n-1,
    상기 PP(k)는 상기 k가 상기 m 이상일때 Pr(k)이고, 상기 k가 상기 m 미만 일때 Pd(k)로 정의되는 것을 특징으로 하는 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC.The PP(k) is defined as Pr(k) when k is greater than m, and is defined as Pd(k) when k is less than m.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC을 활용하는 아날로그신호의 디지털 변환방법에 있어서, In the method of digital conversion of an analog signal using a SAR-ADC equipped with a capacitor correction function according to any one of claims 2 to 6,
    상기 보정모드에서는 측정대상 캐패시터의 실측 가중치 Pr(x)를 구하는 과정이 수행되되,In the correction mode, the process of calculating the actual weight Pr(x) of the capacitor to be measured is performed,
    상기 제1 내지 제n-1 스위치의 타단 및 상기 제1 단자에 상기 제1 기준전압이 인가되는 A0 단계;Step A0 in which the first reference voltage is applied to the other terminal and the first terminal of the first to n-1th switches;
    상기 측정대상 캐패시터의 하판에 상기 제2 기준전압을 인가하고 상기 제1 단자의 전압이 안정화된 후에 상기 비교기의 출력을 저장하는 A1단계;Step A1 of applying the second reference voltage to the lower plate of the capacitor to be measured and storing the output of the comparator after the voltage of the first terminal is stabilized;
    인가대상 캐패시터 집합에서 설계 가중치가 가장 큰 캐패시터의 하판으로 인가되는 기준전압을 변경하고 상기 비교기가 안정화된 후 비교기 출력을 저장하는 A2 단계;A2 step of changing the reference voltage applied to the lower plate of the capacitor with the largest design weight in the set of capacitors to be applied and storing the comparator output after the comparator is stabilized;
    상기 A2 단계가 진행된 캐패시터를 상기 인가대상 캐패시터 집합에서 제외시키는 A3 단계; 및 Step A3 of excluding the capacitor for which step A2 has been performed from the set of capacitors subject to application; and
    상기 A3 단계가 수행된 인가대상 캐패시터 집합을 상기 A2 단계로 피드백하는 A4 단계;를 수행하되, Step A4 of feeding back the set of applied capacitors on which step A3 was performed to step A2,
    상기 A2 단계에서의 기준전압 변경은, The reference voltage change in step A2 is,
    비교기 출력이 하이(High)면 상기 제3 기준전압으로 변경되고, 비교기 출력이 로우(Low)면 상기 제2 기준전압으로 변경되는 방식으로 수행되고,If the comparator output is high, it is changed to the third reference voltage, and if the comparator output is low, it is changed to the second reference voltage, and so on.
    상기 A2 단계의 인가대상 캐패시터 집합은 설계 가중치 또는 실측 가중치가 상기 측정대상 캐패시터보다 작은 캐패시터들로 이루어지고,The set of capacitors to be applied in step A2 is composed of capacitors whose design weight or actual weight is smaller than the capacitor to be measured,
    상기 인가대상 캐패시터 집합에 포함되는 캐패시터에 대해서 상기 A2 내지 A4 단계를 순차적으로 수행하여 상기 측정대상 캐패시터의 실측 가중치를 도출하는 것을 특징으로 하는 아날로그신호의 디지털 변환방법.A digital conversion method of an analog signal, characterized in that steps A2 to A4 are sequentially performed on capacitors included in the set of capacitors to be applied to derive the actual weight of the capacitor to be measured.
  8. 제7항에 있어서, In clause 7,
    상기 측정대상 캐패시터의 실측 가중치 Pr(x)는 아래의 수학식을 연산하여 도출되고, The actual weight Pr(x) of the capacitor to be measured is derived by calculating the equation below,
    Figure PCTKR2023020643-appb-img-000010
    Figure PCTKR2023020643-appb-img-000010
    상기 x는 1 이상 n-1 이하인 정수이고, where x is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n-1,
    상기 d(k)는 상기 A1단계에서 저장되는 비교기 출력 및 상기 A2 단계가 반복 수행되면서 저장되는 비교기 출력 중 어느 하나를 상기 연산기가 받아서 하이는 1로 변환하고 로우는 -1로 변환한 값인 것을 특징으로 하는 아날로그신호의 디지털 변환방법.The d(k) is characterized in that the operator receives one of the comparator output stored in step A1 and the comparator output stored while repeatedly performing step A2, and converts high to 1 and low to -1. A method of digital conversion of analog signals.
  9. 제8항에 있어서, According to clause 8,
    상기 P(k)는 실측 가중치가 이미 도출된 캐패시터에 대해서는 실측 가중치가 적용되고, 실측 가중치가 도출되지 않은 캐패시터에 대해서는 설계 가중치가 적용되는 것을 특징으로 하는 아날로그신호의 디지털 변환방법.The P(k) is a digital conversion method of an analog signal, characterized in that the actual weight is applied to the capacitor for which the actual weight has already been derived, and the design weight is applied to the capacitor for which the actual weight has not been derived.
  10. 제7항에 있어서, In clause 7,
    상기 측정대상 캐패시터의 실측 가중치 Pr(x)는 아래의 수학식을 연산하여 도출되고, The actual weight Pr(x) of the capacitor to be measured is derived by calculating the equation below,
    Figure PCTKR2023020643-appb-img-000011
    Figure PCTKR2023020643-appb-img-000011
    상기 x는 m 이상 n-1 이하인 정수이고, 상기 m은 1보다 크고 n-1보다 작은 정수이고, where x is an integer greater than m and less than or equal to n-1, and m is an integer greater than 1 and less than n-1,
    상기 d(k)는 상기 A1단계에서 저장되는 비교기 출력 및 상기 A2 단계가 반복 수행되면서 저장되는 비교기 출력 중 어느 하나를 상기 연산기가 받아서 하이는 1로 변환하고 로우는 -1로 변환한 값인 것을 특징으로 하는 아날로그신호의 디지털 변환방법.The d(k) is characterized in that the operator receives one of the comparator output stored in step A1 and the comparator output stored while repeatedly performing step A2, and converts high to 1 and low to -1. A method of digital conversion of analog signals.
  11. 제10항에 있어서, According to clause 10,
    상기 ADC_out은 아래의 수학식을 연산하여 도출되고,The ADC_out is derived by calculating the equation below,
    Figure PCTKR2023020643-appb-img-000012
    Figure PCTKR2023020643-appb-img-000012
    상기 PP(k)는 상기 k가 상기 m 이상일때 Pr(k)이고, 상기 k가 상기 m 미만 일때 Pd(k)로 정의되는 것을 특징으로 하는 아날로그신호의 디지털 변환방법.The PP(k) is defined as Pr(k) when the k is greater than the m, and is defined as Pd(k) when the k is less than the m.
  12. SAR-ADC를 포함하며, 아날로그신호인 입력전압을 디지털 값으로 변환하여 출력하는 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC에 있어서, In the SAR-ADC, which includes a SAR-ADC and is equipped with a capacitor compensation function that converts the input voltage, which is an analog signal, into a digital value and outputs it,
    상기 SAR-ADC에는 캐패시터 어레이가 포함되고,The SAR-ADC includes a capacitor array,
    측정대상 캐패시터는 상기 캐패시터 어레이를 구성하는 캐패시터들 중에서 측정하고자 하는 캐패시터이고,The capacitor to be measured is a capacitor to be measured among the capacitors constituting the capacitor array,
    알려진 기준 전압의 차에 해당하는 전압을 상기 측정대상 캐패시터의 타단에 인가하고, 측정대상 캐패시터의 가중치만큼 인가된 전압을 상기 SAR-ADC의 기본 동작을 이용하여 측정함으로써, 보정하고자 하는 캐피시터의 가중치를 실측하며, 실측된 값들을 이용하여 상기 SAR-ADC의 출력값을 계산하여 캐패시터의 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 보정기능이 구비된 SAR-ADC.A voltage corresponding to the difference between the known reference voltages is applied to the other end of the capacitor to be measured, and the voltage applied as the weight of the capacitor to be measured is measured using the basic operation of the SAR-ADC, so that the weight of the capacitor to be corrected is determined. A SAR-ADC equipped with a capacitor correction function, which calculates the output value of the SAR-ADC using the actually measured values and corrects the error of the capacitor.
  13. 캐패시터 어레이를 포함하는 SAR-ADC를 이용하는 아날로그신호의 디지털 변환방법에 있어서, In a method of digital conversion of an analog signal using a SAR-ADC including a capacitor array,
    측정대상 캐패시터는 상기 캐패시터 어레이를 구성하는 캐패시터들 중에서 측정하고자 하는 캐패시터이고,The capacitor to be measured is a capacitor to be measured among the capacitors constituting the capacitor array,
    알려진 기준 전압의 차에 해당하는 전압을 상기 측정대상 캐패시터의 타단에 인가하고, 측정대상 캐패시터의 가중치만큼 인가된 전압을 상기 SAR-ADC의 기본 동작을 이용하여 측정함으로써, 보정하고자 하는 캐피시터의 가중치를 실측하며, 실측된 값들을 이용하여 상기 SAR-ADC의 출력값을 계산하여 캐패시터의 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 아날로그신호의 디지털 변환방법.A voltage corresponding to the difference between the known reference voltages is applied to the other end of the capacitor to be measured, and the voltage applied as the weight of the capacitor to be measured is measured using the basic operation of the SAR-ADC, so that the weight of the capacitor to be corrected is determined. A digital conversion method of an analog signal, characterized in that the output value of the SAR-ADC is calculated using the actually measured values and the error of the capacitor is corrected.
PCT/KR2023/020643 2022-12-29 2023-12-14 Sar-adc having capacitor correction function, and digital conversion method for analog signal using same WO2024144020A1 (en)

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