Analog dijital dönüştürücüler ve 1.5um cmos Vlsı teknolojisi ile 6 bitlik bir dönüştürücünün tasarımı
Analog digital converters and design of a 6-bit adc using 1.5um cmos Vlsi technology
Yazar: SADİYE NERGİS TURAL
Danışman: PROF. DR. ATİLLA ATAMAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2002
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Analog dijital dönüştürücüler, günümüzde yaygın olarak kullanılan yazılım, radyo ve işaret
işleme uygulamalarının kritik bir elemanıdır. ~2MS/s ile ~4 milyar örnek/saniye (GS/s)
arasındaki hızlarda örnekleme frekansının her iki kat artışında çözünürlük ~1 bit azalmaktadır.
Birkaç GS/s hızında çalışan ADC ler için, karşılaştırıcı belirsizliklerinden dolayı devre
teknolojisinin hızı da sınırlayıcı bir faktördür. Bu sınırların üstesinden gelebilmek için birçok
farklı ADC yapısı ve entegre devre teknolojisi önerilmiş ve uygulanmıştır.
Analog sayısal dönüştürücüler, en hızlı çalışan paralel analog sayısal dönüştürücülerden en
yüksek doğruluklu ancak en yavaş olan integral alan dönüştürücülere kadar uzanan çok farklı
tekniklerle gerçekleştirilebilirler.
Yüksek hızlı analog dijital dönüştürücü tasarımı için bilinen en yaygın yapı paralel (flaş)
dönüştürücü yapısıdır. Paralel yapı N bit çözünürlük için 2^N-1 karşılaştırıcı gerektirmektedir.
Genellikle bir veya iki ek karşılaştırıcı taşma durumlarını tespit için kullanılır Tüm
karşılaştırıcılar analog işareti aynı anda örneklerler. Yapı bu nedenle doğası gereği hızlıdır.
Paralel yapının, yüksek çözünürlüklere gidildikçe bazı önemli dezavantajları vardır. Öncelikle
karşılaştırıcı sayısı N ile üstel olarak artmakta, ayrıca iki komşu referans gerilimi arasındaki
fark da üstel olarak azalmaktadır. Güç kaybı fazladır ve yüksek çözünürlükte karşılaştırıcı
kanallarındaki elemanların eş özellikte elde edilmesi güçtür. Buna ek olarak yüksek giriş
kapasitesi analog giriş işaretinin band genişliğini sınırlamaktadır. Bu problemlerin üstesinden
gelebilmek için paralel yapının, görece daha az karşılaştırıcı kullanan, diğer yandan hızdan
fazla ödün vermeyen varyasyonları mevcuttur. Bu varyasyonlar zaman bölüşümlü ve
katlamalı ADC yapılarıdır.
Bu çalışmada, yukarıda adı geçen üç farklı ADC yapısı ayrıntılı olarak incelenmiş, ayrıca
Tübitak Yital 1.5um çift poli çift metal teknolojisi kullanılarak 6 bitlik bir paralel dönüştürücü
tasarlanmıştır.

Abstract:
Analog-to-Digital converters are ubiquitous, critical components of software, radio and other
signal processing systems. At sampling rates ranging from ~2MS/s to ~4 giga samples Per
second(GS/s), resolution falls off by ~1 bit for every doubling of sampling rate. This
behaviour may be attributed to uncertainty in the sampling instant due to aperture jitter. For
ADC's operating at multi—GS/s rates, the speed of the device technology is also a limiting
factor due to comparator ambiguity. Many ADC architectures and integrated circuit
technologies have been proposed and implemented to push back these limits.
The ADC's range from flash, a parallel technique, which is the fastest, through integrating
which is probably the most accurate but which also is the slowest.
The flash architecture uses 2^N-1 comparators, where N is stated resolution. Flash converters
often include one or two additional comparators to measure overflow conditions. All
comparators sample the analog input voltage simultaneously. This ADC is thus inherently
fast.
The parallelism of the flash architecture has drawbacks for high resolution applications. The
number of comparators grows exponentially with N. In addition the seperation of adjacent
reference voltages grows smaller exponentially. Consequently this architecture requires very
large IC's. It has high power dissipation, it is difficult to match components in the parallel
comparator channels. Finally, increasingly large input capacitance reduces analog input
bandwidth. In order to overcome these problems, variations on the flash architecture have
been developed which use relatively few comparators yet retain good speed. Examples
capable of GS/5 rates are the folded-flash and pipelined architectures.
This study provides insight into all the three types of analog to digital converters mentioned
above. Moreover, a 6-bit parallel analog to digital converter is designed using Tubitak Yital
1.5um double poly double metal process parameters.