본 논문에서는 각종 고성능 디스플레이 등 주로 고속에서 저전력과 소면적을 동시에 요구하는 시스템 응용을 위한 임베디드 코어 셀로서의 8b 240 MS/s CMOS A/D 변환기 (ADC)를 제안한다. 제안하는 ADC는 아날로그 입력, 디지털 출력 및 전원을 제외한 나머지 모든 신호는 칩 내부에서 발생시켰으며, 본 설계에서 요구하는 240 MS/s 사양에서 면적 및 전력을 동시에 최적화하기 위해 2단 파이프라인 구조를 사용하였다. 특히 입력 단에서 높은 입력 신호 대역폭을 얻기 위해 개선된 부트스트래핑기법을 제안함과 동시에 잡음 성능을 향상시키기 위해 제안하는 온-칩 전류/전압 발생기를 온-칩 RC 저대역 필터와 함께 칩 내부에 집적하였으며, 휴대 응용을 위한 저전력 비동작 모드 등 각종 회로 설계 기법을 적절히 응용하였다. 제안하는 시제품 ADC는 듀얼모드 입력을 처리하는 DVD 시스템의 핵심 코어 셀로 집적되었으며, 성능 검증을 위해 0.18um CMOS 공정으로 별도로 제작되었고, 측정된 DNL과 INL은 각각 0.49 LSB, 0.69 LSB 수준을 보여준다. 또한, 시제품측정 결과 240 MS/s 샘플링 속도에서 최대 53 dB의 SFDR을 얻을 수 있었고, 입력 주파수가 Nyquist 입력인 120 MHz까지 증가하는 동안 38 dB 이상의 SNDR과 50 dB 이상의 SFDR을 유지하였다. 시제품 ADC의 칩 면적은 1.36 ㎟이며, 240 MS/s 에서 측정된 전력 소모는 104 mW이다.
This work describes an 8b 240 MS/s CMOS ADC as one of embedded core cells for high-performance displays requiring low power and small size at high speed. The proposed ADC uses externally connected pins only for analog inputs, digital outputs, and supplies. The ADC employs (1) a two-step pipelined architecture to optimize power and chip size at the target sampling frequency of 240 MHz, (2) advanced bootstrapping techniques to achieve high signal bandwidth in the input SHA, and (3) RC filter-based on-chip I/V references to improve noise performance with a power-off function added for portable applications. The prototype ADC is implemented in a 0.18 um CMOS and simultaneously integrated in a DVD system with dual-mode inputs. The measured DNL and INL are within 0.49 LSB and 0.69 LSB, respectively. The prototype ADC shows the SFDR of 53 dB for a 10 MHz input sinewave at 240 MS/s while maintaining the SNDR exceeding 38 dB and the SFDR exceeding 50 dB for input frequencies up to the Nyquist frequency at 240 MS/s. The ADC consumes, 104 mW at 240 MS/s and the active die area is 1.36 ㎟.
