Katlamalı ve aradeğerlemeli analog sayısal dönüştürücülerin vlsı tasarımında eşik evirmeli nicemleyici tekniğinin kullanımı ve performansı
Performance and usage of threshold inverter quantization in vlsi design of folding and interpolating analog to digital converter
Yazar: OKTAY AYTAR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ALİ TANGEL
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Analog sayısal çeviriciler = Analog digital converters ; VLSI = VLSI

Özet:
Katlama ve Ara-Değerleme tekniği, yüksek hızlı ve tümüyle paralel A / S dönüştürücülerin çözünürlük sayısını artırmak için kullanılan en önemli yöntemlerden biridir. Buradaki analog-sayısal dönüştürücüler temel olarak 3 farklı bloktan oluşmaktadır. Bunlar tümüyle paralel olan yüksek hızlı A / S dönüştürücülerin oluşturduğu kaba ve hassas analog-sayısal dönüştürücü blokları ve analog ön işleme bloğudur.Analog-Sayısal dönüştürücülerde en önemli yapı taşlarından biri karşılaştırıcılardır. Eşik evirmeli nicemleyici (EEN, TIQ), tümüyle paralel olan yüksek hızlı A / S dönüştürücü tasarımında kullanılan geleneksel karşılaştırıcı devrelerine alternatif olması açışından literatüre sunulmuştur. Bu tez çalışmasında EEN'lerin tek bir yonga içerisinde farklı yerlerde bulunduğundaki davranışları ile farklı yongalardaki davranışları hakkında çalışmalar yapılmıştır.9-bit anahtar seçmeli katlamalı A / S dönüştürücü yapısı AMS-HIT-Kit kütüphanesi 0.35µm C35B4 model parametreleri kullanılarak 3.3V besleme gerilimi altında tasarlanmıştır. Buradaki sistem tümüyle paralel 4 ve 5 bit A / S dönüştürücü, analog ön işleme ve anahtar bloklarından oluşmaktadır. Analog ön işleme bloğu, katlamalı ve ara-değerlemeli A / S dönüştürücülerin en önemli bloğudur. Katlama işaretlerinin elde edilmesinde farklı yöntemler mevcuttur. Burada kullanılan analog ön işleme bloğu birbirine çapraz bağlı CMOS fark yükselteçlerinden oluşmaktadır. 4 bit ve 5 bit A / S dönüştürücülerde karşılaştırıcı yapısı olarak EEN kullanılmıştır.Ara-değerlemeli ve katlamalı A / S dönüştürücüde kullanılan ara-değerleme yapısı için iki farklı yol vardır. Bunlardan birisi akım bölmeli diğeri ise gerilim bölmelidir. Burada direnç ile gerilim bölmeli yapı tercih edilmiştir. Analog ön işleme bloğu ile elde edilen iki katlama işaretinin arasına dirençler konularak katlanmış işaretler elde edilmiş olur. Çözünürlük sayısı arttığından analog ön işleme bloğunda kullanılan fark yükselteci sayısı artmıştır. Buna bağlı olarak da tasarlanan sistemin besleme gerilimi 5V'a çıkartılmıştır. 9-bit ara-değerlemeli A/S dönüştürücü yapısı AMS-HIT-Kit kütüphanesi 0.35µm C35B4 model parametreleri kullanılarak 5V besleme gerilimi altında tasarlanmıştır. Tasarlanan sistemde iki farklı karşılaştırıcı yapısı kullanılmıştır. Kaba A / S dönüştürücüde EEN, hassas A / S dönüştürücüde geleneksel bir yapı kullanılmıştır.

Abstract:
Folding and Interpolating technique is one of the most important method to increase the resolution of high speed flash ADCs. Basically, the folding A / D converter consists of an analog pre-proccessing unit, n bit flash coarse ADC and m bit flash fine ADC.Comparators are the most important components for A / D converters. The Threshold Inverter Quantization (TIQ) Technique has been advertised in the literature as an alternative approach to traditional analogue part of the CMOS Flash ADC designs. In this work mismatch behavior of the TIQ technique has been investigated using different locations on a single die. As a result Inter-die and Intra-die statistics over 40 fabricated samples have been obtained and reported in chapter 4.A 9 bit switch selected CMOS folding A / D converter design by using AMS-HIT KIT design library for 0.35µ C35B4 CMOS process model parameters under power supply of 3.3V has been achieved. The proposed folding A / D converter consists of an analog pre-processing unit, a 4-bit TIQ based flash coarse A / D converter, a 5-bit TIQ based fine flash A / D converter unit, a folder selector unit, which contains the so-called OR-block and the SWITCH-block units. Folding pre-processor unit is the most important circuit block in the folding A / D converter, so that, the folder must be designed carefully. Folding signals can be obtained using different methods. But, in this study, folding circuit which consist of eight differential pairs with the outputs of the odd and even numbered differential pairs are cross coupled was chosen.There are two ways to implement interpolation: current mode or voltage mode (resistive). In this work, voltage mode was prefered. The resistive interpolation can be implemented very easily by inserting resistors between two signals. The increase of the resolution of a folding-interpolating A / D converter required the increment of the number of folding differential pairs, but the power supply had to be increased to 5V. Two different comparators are used in this work, TIQ based ones are used in coarse part and traditional comparators are used in the fine part.