Calibration Techniques in ADCs at ISSCC 2021

简介：
本文章介绍了在ISSCC 2021会议上关于模数转换器（ADC）校准技术的研究成果和最新进展，深入探讨了提高ADC性能的方法。 这份资料的主题是关于在2021年ISSCC研讨会上讨论的模数转换器（ADC）中的校准技术，由Analog Devices公司的专家Ahmed M. A. Ali分享。 一、数据转换器基础 数据转换器作为电子系统的关键组件，将连续时间与幅度变化的模拟信号转变为数字系统可以处理的形式。依据时间和幅值的变化情况，可将其分类为连续时间和离散时间以及连续和离散幅值类型的数据转换器。 二、性能指标 在探讨ADC校准技术之前，首先要了解其关键性能参数：线性度、信噪比（SNR）、总谐波失真（THD）、无杂散动态范围（SFDR）及信号噪声失真比（SINAD）。这些因素决定了数据转换器的质量。 三、多步ADC的非理想特性 对于像流水线这样的多步骤ADC来说，由于电路元件如电容不匹配、增益误差和时钟偏斜等引起的非理想性会导致性能下降。因此，在设计中必须通过校准来降低这些问题的影响。 四、ADC校准技术概述 为了提高数据转换器的精度，可以采用多种校准方法，其中包括利用数字信号处理技术对模拟部分进行补偿的技术。 五、流水线ADC损伤及其校正策略 Ahmed Ali 详细介绍了流水线ADC在操作过程中可能遇到的问题及相应的解决办法。例如电荷共享误差和时序偏差等，并且提出了相关性或抖动基础的校准方案来应对这些问题。 六、应用领域广泛 数据转换器被应用于众多行业，包括医疗设备、卫星通信系统、无线通讯网络以及汽车电子等多个方面。不同应用场景对ADC性能的要求也各不相同。 七、跨学科设计原理 数据转换器的设计涉及到模拟电路和数字信号处理两大领域的知识，并且需要深入理解诸如放大器与缓冲器工作原理等一系列技术细节，以确保系统的高效运行。 八、AD转换器的工作机制 理想状态下的模数转换过程包括采样和量化两个步骤。其中，采样决定时间间隔Ts；而量化则根据位数N将输入值映射到最近的整数值上输出最终结果。 九、信号处理流程详解 在实际应用中，由于物理限制等因素的影响，ADC的表现可能无法达到理论预期水平。例如，在非理想条件下，量化器可能会产生误差。 Ahmed Ali 拥有开罗Ain Shams大学学士和硕士学位以及宾夕法尼亚大学博士学位，并且是Analog Devices公司的研究员，专注于高速数据转换技术及数字辅助算法的研究工作。他还出版了《High Speed Data Converters》一书。 此外，在2021年ISSCC的直播问答环节中，Ahmed Ali 表示将在太平洋标准时间2月13日8:20至8:40期间回答关于ADC校准技术的相关问题。这些问题和讨论有助于参与者更深入地理解该领域的关键技术和实际挑战。