A study of all-digital ADC applicable to super-fine process and ultra-low voltage

适用于超精细工艺、超低电压的全数字ADC研究

• 批准号: 21K17722
• 负责人: 稲垣 雄志
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K17722/
• 关键词: ADC; VTC; TDC; DAC; 完全デジタル

2021年8月までに、完全デジタルADCの回路構成検討を行った。全体構成として、入力信号の電圧を時間信号へ変換するVTC（Voltage-to-Time Converter）と時間信号をデジタル信号へ変換するTDC（Time-to-Digital Converter）で構成することをまず検討した。VTCをデジタル回路のみで構成した例はこれまでに報告が無かったが、デジタル回路素子であるインバータやスリーステートバッファのみで構成したVTCを新たに考案し、回路シミュレーションにより入力電圧に応じてパルス幅（時間）が変化することを確認した。しかし、電圧から時間への変換特性が非線形であるため補正方法を検討したところ、補正後も最大4%の誤差がありADCとして十分な精度が得られないことが判明した。前述の検討を踏まえ、全体構成の再検討を行った。イメージセンサ等で広く用いられているシングルスロープ型ADCから着想を得て、入力電圧を時間経過とともに上昇する基準電圧と比較することによりデジタル信号を得る構成を検討した。デジタル回路素子のみで電圧比較を行うため、前述のVTCを2つ用意し、それらの出力をPD（Phase Detector）へ接続する。基準電圧の生成回路として、デジタル値に応じたパルス幅の信号を生成するDTC（Digital-to-Time Converter）、スリーステートバッファ、バッファのみで構成した全デジタルDAC（Digital-to-Analog Converter）を新たに検討する。このDACの出力を基準電圧として2つめのVTCへ入力する。この構成により、VTCの非線形な変換特性の影響を受けず、AD変換できることが期待できる。ADCをデジタル回路のみで構成できれば、超微細プロセスと極低電圧にも対応でき、センサノード用ICの低廉化と低消費電力化に貢献できる。

In August 2021, the circuit composition of the fully integrated ADC was discussed. The overall composition of the input signal voltage and time signal conversion VTC (Voltage-to-Time Converter) and time signal conversion TDC (Time-to-Digital Converter) VTC circuit composition example: report no change in circuit element; report no change in circuit element. The maximum error of 4% after correction is determined by the non-linear conversion characteristics of voltage and time. The above discussion and re-discussion of the whole composition shall be carried out. The input voltage, the time period, the rise, the reference voltage, the comparison, and the composition of the input voltage signal are discussed. The voltage comparison of the circuit elements, the VTC and the PD (Phase Detector) connections mentioned above A new discussion on the generation of the reference voltage loop and the digital amplitude signal generation DTC (Digital-to-Time Converter), the digital amplitude signal generation DAC (Digital-to-Analog Converter) and the digital amplitude signal generation DAC (Digital-to-Analog Converter). The DAC's output voltage is the reference voltage and the VTC input voltage is the reference voltage. The composition of this, VTC and non-linear transformation characteristics of the impact, AD transformation is expected. ADC circuit structure, ultra-fine circuit structure, ultra-low voltage circuit structure, low cost circuit structure and low power consumption circuit structure