Re: [問題] SAR ADC電容大小
※ 引述《was336789 (Howard)》之銘言：
: 標題: [問題] SAR ADC電容大小
: 時間: Tue Nov 6 00:10:42 2018
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: 想跟各位詢問有關SAR ADC array電容大小的問題。在Delta Sigma ADC，如果選用較大的
: 電容，SNR的確可以提升，但相對的opa就必需要推的動，功耗也就會提升。但在SAR ADC
: ，如果選用較大的電容，理論上SNR也會跟著提升，但是會遇到另一個問題，較大的電容
: 所需要的充放電時間也比較長，所以可能會在每個bit比較的時後無法完全完成充放電，
: 導致最後逼近會有誤差，Vip-Vin無法小於LSB，造成量化誤差，這要原本想借由大電容來
: 提升SNR不就又降低了？所以這是SAR ADC對電容大小的限制嗎？
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: 推 lin089170: settling error主要發生在切最大的幾顆電容，有很多方 11/06 11:52
: → lin089170: 法可以解這個issue，比方延後比較器開始比較的時機，或 11/06 11:52
: → lin089170: 插入redundancy bit去彌補前面幾個cycle的比較錯誤。 11/06 11:52
: → lin089170: 大家都想要壓低CDAC大小因為這和功耗直接相關，但太小 11/06 11:54
: → lin089170: 的CDAC會有較大的mismatch，在高解析度SAR會有線性度不 11/06 11:54
: → lin089170: 好的問題，這比較像SAR的限制。 11/06 11:54
: 推 blacktea5: 樓上專業 11/06 20:34
: → was336789: 感謝Lin大的詳細解說 11/08 09:37
: 推 jamtu: 一樓講完了 11/21 01:28
一點經驗可以聊聊，SAR ADC的電容值要取多少確實有點麻煩，原po的問題裡面有提到SNR
我猜應該是指KT/C noise。如果是單純討論電容值該怎麼取，settling的問題我們就晚點
再討論。SAR ADC C-DAC中unit cell的電容值基本上是兩個東西在做取捨
1. KT/C noise
2. mismatch
10bit以下的話基本上都是卡在mismatch... 因為總電容值產生KT/C noise遠遠低過
10bit accuracy的要求。unit cell容值越小當然會越好，一方面速度快一方面功耗低
所以才會有MoM電容這麼特別的東西存在... 因為他單位面積產生容值的效率不太好
但因為mismatch的原因，unit cell的面積太小也會有影響
如果有mismatch model，就跑跑monte-carlo看看你的unit cell容值大概需要多少就夠了
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12bit開始，如果要滿足mismatch issue，unit cell的容值應該會大到靠杯
所以大部分會需要用到calibration來處理DAC裡面cell之間的mismatch
因此unit cell的電容值也是只要總量滿足KT/C noise就可以了，mismatch的問題就K吧
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到了14bit開始，KT/C noise的問題就會造成C-DAC的總量不可忽視了...
就算能用calibration去k unit cell之間的mismatch，但C-DAC的電容總量依然很可觀
沒記錯的話應該也是10~20pF了，因此做14bit SAR ADC就算能做出來，速度也難上去
這也剛好是Nyquist rate 跟 oversampling (SDM) ADC的分水嶺
在這個解析度左右用SAR ADC基本上不會有太多賺頭，除非系統上的需求
不然大多還是用SDM去做會比較好
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以上是從解析度(Resolution & Accuracy)的角度來看電容值的問題
至於這個數字決定之後，要怎麼提升ADC的速度(speed, settling issue)
又是另外一個主題了，高速SAR要怎麼處理有很多方式，加入redundancy是一種
subranging, multi-bit/cycle, unrolled loop, hybrid asynchronous loop...等
很多技巧可以提升SAR ADC的速度。而不同解析度能用的方法可能又不同
6/8/10-bit的高速SAR ADC做法也不盡相同。
而且settling的問題應該是影響linearity而不是noise... 所以原po提到SNR有點怪
要說應該也是影響SNDR會比較好
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我想表達的是電容的大小應該是由你的解析度(Resolution & Accuracy)來決定
(Accuracy包括了noise以及linearity的問題，也就是SNR以及mismatch)
最後再想辦法處理電路的速度，我是覺得原po有點把這些概念混在一起講了
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