(A) design of 50MS/s fully passive 2nd-order noise shaping SAR ADC with mismatch error shaping

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This thesis proposes a 50M/s fully passive noise-shaping SAR ADC with mismatch error shaping for advanced driver assistance systems (ADAS). To implement ADAS that provides comfort and safety to drivers, an ADC capable of fast and accurate data processing is essential. The noise-shaping SAR ADC offers the advantage of achieving high resolution by shaping noise while maintaining the low power and small area characteristics of conventional SAR ADCs. However, mismatch noise is not shaped, posing a significant issue even in traditional SAR ADCs. To address this, the thesis employs the MES technique to shape the mismatch noise, which can be relatively simply implemented by adding timing compared to other complex methods such as calibration. However, this approach has the drawback of reducing the dynamic range. To mitigate this, cyclic DEM and LSB cancellation MES techniques are applied. Additionally, to achieve low power and small area, a fully passive cascaded-integrator feed- forward (CIFF) architecture is used without the need for separate amplifiers.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)를 위한 미스매치 에러 쉐이핑을 갖는 50M/s 완전 패시브 노이즈 쉐이핑 SAR ADC를 제안한다. 운전자에게 편안함과 안전을 제공할 수 있는 ADAS를 구현하기 위해 빠르고 정확한 데이터 처리를 할 수 있는 ADC는 필수적이다. 노이즈 쉐이핑 SAR ADC는 기존 SAR ADC의 저전력, 저면적 특성을 유지하면서 노이즈를 쉐이핑 함으로써 고해상도를 구현할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 그러나 미스매치에 대한 노이즈는 쉐이핑되지 않는다. 이러한 문제점은 기존의 SAR ADC에서도 중요한 이슈였다. 이를 해결하기위해 MES 기술을 사용하여 미스매치에 대한 노이즈를 쉐이핑 할 수 있다. 이는 calibration 등 다른 복잡한 구현에 비해 타이밍을 추가하여 비교적 단순하게 구현할 수 있다. 그러나 이 방식은 dynamic range가 감소한다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해서 cyclic DEM 방식과 LSB cancellation MES 방식을 적용하였다. 또한 저전력 및 저 면적으로 구현하기 위해서 별도의 amplifier를 사용하지 않는 CIFF 완전 패시브 방식을 사용하였다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction 1
• 1.1 Research background 1
• 1.2 Fundamentals of ADC 3
• Chapter 2. SAR ADC 6
• 2.1 Basic operation of SAR ADC 6
• 2.2 SAR logic architectures 8
• 2.3 CDAC architectures 10
• Chapter 3. Noise Shaping SAR ADC 12
• 3.1 Basic operation of NS SAR ADC 12
• 3.2 Mismatch in NS SAR ADC 16
• 3.3 Prior Work 20
• Chapter 4. Proposed Architecture 21
• 4.1 Proposed Top Block Diagram 21
• 4.2 Improved Mismatch Error Shaping 23
• 4.3 Proposed Cyclic Dynamic Elements Matching 24
• 4.4 Building Blocks of Proposed ADC 26
• Chapter 5. Experimental Result 33
• 5.1 Chip Microphotograph 33
• 5.2 Post Simulation Result 35
• 5.3 Measurement Environment 36
• 5.4 Measurement Result 38
• Chapter 6. Conclusion 43
• References 44
• Korean Abstract 47