INTRODUCTION

現實生活及自然界中,我們接觸的大多為類比訊號。而電腦能處理的是數位訊號,因此將訊號從類比轉為數位是非常重要的一項技術,而類比數位轉換器也是IC領域中非常重要的研究方向。

現今的類比數位轉換器有許多類型,例如Pipelined、Flash、SAR、Folding Interpolating、Delta-Sigma等等。而當解析度要求是在8-14 位元,取樣速度是從幾MS/s到幾百MS/s之間時,pipelined ADC是現今最佳的選擇。因其具有低功耗等特性,可延長在行動系統中的電池壽命。而在有線系統中,低功耗也會降低熱的產生,進而減少散熱設備的花費。本專題藉由實作一個十級的pipeline ADC,了解其操作特性及原理,並學習IC實作的流程。

Pipelined的每一級(stage)為同時運作。操作方式為每一級訊號解碼完後,將其從input移除,將剩下的訊號經過放大器放大,再作為下一級的input加以比較與解碼。而這些剩下的訊號就稱為殘餘量(residue)。經過數級的操作,完成比較與解碼的過程,最後運用Digital Error Correction得到最終的數位訊號。

本專題為設計實作一個十位元的管線式類比數位轉換器,我們參考各種架構設計第一級的電路,並將其調整修改符合後續二到十級所需的要求之後加以結合,將訊號經過十級的比較與解碼,並且驗證其正確性。

心得感想

我們雖然成功地跑出模擬,但是因為設計上的關係,我們必須減少input swing來達到理想的效果,但是整體上還是實現了pipelined ADC的架構模擬。經過本次專題後,我們體驗了IC設計的流程,也了解一些關於pipeline運作原理的基礎知識。過程中,也碰到了不少的問題。例如:

當每個電路個別跑模擬的時候,都能達到我們所預期之結果,但當把一個個電路慢慢拼湊成完整的架構之際,卻遇到了不少需要解決許久的小問題,包括接線的位置,給的input不恰當……等等。

又如畫layout的時候,電路要如何擺才能不影響我們預期之效果,類比和數位的訊號之位置是否放的得宜,op是否對稱……..等等的都是需要一步步去思考與解決的。

在這次專題之前,對於IC設計僅止於書本,授課上之了解,但卻遲遲缺乏實作方面的經驗,很感謝擁有這次專題的機會,擁有一次能夠將所學運用在實作的機會,也唯有實作過才會知道在IC設計中會遇到什麼樣的問題,而我們又該如何去解決它,更使我們對於IC領域有更深一層的了解與認識。