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中国半导体十大研究进展候选推荐（2020-019）——时域比较器深亚稳态研究及其在高精度ADC自校准中的应用

已有 2242 次阅读 2020-8-6 09:46 |系统分类:论文交流

工作简介

——时域比较器深亚稳态研究及其在高精度ADC自校准中的应用

模数转换器（ADC）是模拟集成电路的核心问题之一，也是我国“卡脖子”的重大需求领域。近年来，逐次逼近（SAR）型ADC由于其高度数字化、功耗低、可并行等特点，在先进工艺下得到了长足的发展，并在高速领域逐步取得明显的优势。但受制于器件匹配，SAR ADC的高精度设计一直是个难题。而低功耗、低延迟、中高精度的ADC在传感器和自动控制系统中扮演着不可或缺的角色。本项研究借助先进工艺下的时间分辨率优势，提出了采用时域比较器的亚稳态特性进行自动校准的技术。为此，该项工作也首次给出了闭环时域比较器的亚稳态特性定量分析，并定义了亚稳态深度这一设计概念。

电子科技大学低功耗集成电路与系统研究所李强教授研究团队首先设计了一款基于压控振荡器（VCO）的闭环动态比较器，该比较器拥有电压、功耗与噪声等多个维度的自适应特性。利用随机过程理论对VCO比较器的噪声特性进行了理论分析，得出了闭环时域比较器行为的解析解，揭示出时域比较器独特的亚稳态特性。结合闭环时域比较器固有的“震荡周期数”这一设计空间（作者前期工作，发表于2019年第5期JSSC），提出了亚稳态深度这一概念并应用于自动误差探测与校准。论文提出了一种在模拟域进行自动电容匹配的设计方案，避免引入浮点计算等较为复杂的数字逻辑与处理，进一步节省芯片面积并降低系统功耗。

基于以上理论和设计方案，论文展示了一款14-bit 4-MS/s的SAR ADC，在40nm CMOS工艺流片并进行了验证。在2MS/s和4MS/s采样频率下分别取得78.7dB和76.6dB的峰值SNDR，以及超过93dB的无杂散动态范围（SFDR），整体功耗仅为94和157微瓦。该项工作证明了基于VCO的闭环时域量化除了具有多个维度的自适应特性，在高精度设计中也拥有较大的潜力，是未来超低功耗、中高精度ADC的可靠方案之一。

图1

主要作者简介

通讯作者

李强，教授，电子科技大学低功耗集成电路与系统研究所所长。

2001年本科毕业于华中科技大学并开始从事集成电路设计，2007年博士毕业于新加坡南洋理工大学并发表了新加坡高校首篇模拟与射频领域JSSC论文。回国前曾在新加坡学术和产业界工作，并曾担任丹麦奥胡斯大学工程系长聘副教授。主要研究方向为模拟与混合信号集成电路设计，尤其是ADC、超低压技术、传感与医疗前端、模拟计算等。

目前担任IEEE固态电路学会杰出讲师，CICC、ESSCIRC与ASSCC等国际会议TPC成员，IEEE电路与系统开放期刊（OJCAS）副主编等学术服务工作。曾担任ISSCC SRP委员、亚太电路与系统会议（APCCAS’2018）TPC主席、IEEE电路与系统学报（TCAS-I）客座编辑等。指导研究生获得ISSCC STGA奖励5人次。2018年以来，带领团队发表ISSCC/JSSC论文13篇。

第一作者

朱铮，现就职于DJI 大疆创新。

2016年获电子科技大学学士学位，2019年获电子科技大学硕士学位。曾获2013年全国大学生电子设计竞赛（NUEDC）国家二等奖，2014年全国大学生电子设计竞赛四川省“TI杯”一等奖。现就职于DJI 大疆创新，研究兴趣主要包括高精度与高速模拟到数字转换器（ADC），高速串行接口。

原文传递

详情请点击论文链接: https://ieeexplore.ieee.org/document/8896893

《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文月刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。

2016年，JOS被ESCI收录。

2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：jos@semi.ac.cn，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！