본 논문에서는 디지털 코드 오차 보정 기법을 사용한 15비트 50MS/s CMOS 파이프라인 ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 15비트 수준의 고해상도에서 면적과 전력 소모를 최소화하기 위해서 4단 파이프라인 구조를 사용하며 전체 ADC의 아날로그 회로를 변경하지 않고 첫 번째 단에 약간의 디지털 회로만을 추가하는 디지털 코드 오차 보정 기법을 적용한다. 첫 번째 단에서 소자 부정합으로 인해 발생하는 코드 오차는 나머지 세 단에 의해 측정된 후 메모리에 저장되고 정상 동작 시 메모리에 저장된 코드 오차를 디지털 영역에서 제거하여 보정한다. 모든 MDAC 커패시터 열에는 주변 신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 레이아웃 기법을 적용하여 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하면서 동시에 첫 번째 단의 소자 부정합을 보다 정밀하게 측정하도록 하였다. 시제품 ADC는 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 15비트 해상도에서 각각 0.78LSB 및 3.28LSB의 수준을 보이며, 50MS/s의 샘플링 속도에서 최대 SNDR 및 SFDR은 각각 67.2dB 및 79.5dB를 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $4.2mm^2$이며 전력 소모는 2.5V 전원 전압에서 225mW이다.
This work proposes a 15b 50MS/s CMOS pipeline ADC based on digital code-error calibration. The proposed ADC adopts a four-stage pipeline architecture to minimize power consumption and die area and employs a digital calibration technique in the front-end stage MDAC without any modification of critical analog circuits. The front-end MDAC code errors due to device mismatch are measured by un-calibrated back-end three stages and stored in memory. During normal conversion, the stored code errors are recalled for code-error calibration in the digital domain. The signal insensitive 3-D fully symmetric layout technique in three MDACs is employed to achieve a high matching accuracy and to measure the mismatch error of the front-end stage more exactly. The prototype ADC in a 0.18um CMOS process demonstrates a measured DNL and INL within 0.78LSB and 3.28LSB. The ADC, with an active die area of $4.2mm^2$, shows a maximum SNDR and SFDR of 67.2dB and 79.5dB, respectively, and a power consumption of 225mW at 2.5V and 50MS/s.
