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Analog-Digital Wandler. Integrating single-slope and dual-slope ADCs Flash ADC ADCs basiert auf sukzessiven Approximationen Subranging ADCs Zyklischer ADC Sigma-Delta ADC. ADC Eigenschaften. ADC Eigenschaften: 1) Geschwindigkeit
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Analog-Digital Wandler • Integrating single-slope and dual-slope ADCs • Flash ADC • ADCs basiert auf sukzessiven Approximationen • Subranging ADCs • Zyklischer ADC • Sigma-Delta ADC Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC Eigenschaften • ADC Eigenschaften: • 1) Geschwindigkeit • 2) Genauigkeit (Accuracy) max Signal / max (INL, DNL, Noise) • 3) Leistungsverbrauch • 4) Auflösung (Resolution) (number of output bits) Code Vin-Code*Slope Perfekt Vin DNL Realistisch 0 1 2 3 Vin Vin Analoges Mittelwert für Code 0 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Flash ADC • Schnell • Hoher Leistungsverbrauch ~ SNR3 Flash ADC KL Ain Dout Komparator Widerstände Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Einfacher komparator • Geschwindigkeit ~ Ibias/C • Fehlerquelle: Mismatch zwischen Transistoren InP Out InN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Matching • Matching hängt von Transistorfläche ab! Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Rauschen • Die Zahl der Freiheitsgrade eines Systems spielt in der Thermodynamik eine Rolle, da sich die Energie gleichmäßig auf die einzelnen Freiheitsgrade verteilt Ein Freiheitsgrad! Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Single-Slope ADCs • Einfach • Gute Genauigkeit • Langsam Ramp VIn Ramp C AND CNT VIn Clk Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Integrating single-slope ADCs C R -Vin Vout A C AND CNT Thr Clk Vout v Thr T Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Integrating dual-slope ADC C -Vin R Ref MSB A C AND CNT Thr Clk MSB Vout Tref Tmeas Zeit wird “gezählt” Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC basiert auf sukzessiven Approximationen Ain DAC ? K D Komparator Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC basiert auf sukzessiven Approximationen - Algorithmus i=1 VDA=0 Vref B(n-i) = 1 VDA+=Vref/2i VDA Vin Vin>VDA nein Zeit B(n-i) = 0 B(n-i) = 1 VDA-=Vref/2i i = i +1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
DAC – Realisierung mit Stromquellen KL Din Aout Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
DAC - Matching KL Din Aout Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Realisierung der Logik Ck StartIn State Maschine Ready Eval Stop StartIn StartOut 0 1 1/0 Q Ready Eval Stop Ain If(Ready&Start) D=1 If(Eval) D=comp Else D=Q D Q Ready DAC ? K Ck StartIn Eval Reset StartOut Stop Reset Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren K 8C 4C 2C C C Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren 0 K 8C 4C 2C C C Vin Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren 0 K 8C 4C 2C C C Vin Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vre/2 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vre/2 K 8C 4C 2C C C 0! Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin K 8C 4C 2C C C 1 Vref Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4 K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 0 oder 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
ADC mit gewichteten Kondensatoren -Vin+Vref/4+Vref/8 K 8C 4C 2C C C 1 0 Vin Vref ADC = 0111 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Asynchroner ADC Sample In Hi K Lo OR 8C 4C 2C C Done ~Reset Bit1 Bit0 Ready 0 Bit StartIn & ~ Finish & ~Done StartIn 1 Comp Done Done & Hi & ~Finish Finish Res Res Res Res StartOut Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Asynchroner ADC: Komparator res InP InN OutP OutN res res res Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Asynchroner ADC Sample 8C 4C 2C C In Hi K Lo OR 8C 4C 2C C Done Evaluate ~Reset Bit1 Bit0 Ready 0 Bit StartIn & ~ Finish & ~Done StartIn 1 Comp Done Done & Hi & ~Finish Finish Res Res Res Res StartOut Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
4-bit Subranging ADC Vin, Vdac + Ain SH 2bit ADC 2bit DAC 2bit ADC X4 + - N1 N2 0 1 2 3 Vin x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
4-bit Subranging ADC Vin, Vdac + Ain SH 2bit ADC 2bit DAC 2bit ADC X4 + - N1 N2 0 1 2 3 Vin x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
4-bit Subranging ADC Vin, Vdac + 2bit ADC 2bit DAC 3bit ADC X2 + - N1 N2 0 1 2 3 Vin x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
3-bit Subranging ADC Vin, Vdac + 1.5bit ADC 1.5bit DAC 1.5bit ADC X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
3-bit Subranging ADC Vin, Vdac + 1.5bit ADC 1.5bit DAC 1.5bit ADC X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 1.5bit ADC 1.5bit DAC X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 1 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 2 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 2 1.5bit ADC 1.5bit DAC 2 X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Algorithmischer ADC Vin, Vdac + 2 1.5bit ADC 1.5bit DAC 3 X2 + - Vin -1 0 1 x Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs