JSSC 2020第12期Data Converters40nmSAR ADC

A 135-ENOB 107-μW Noise-Shaping SAR ADC With PVT-Robust Closed-Loop Dynamic Ampl

提出一种具有PVT鲁棒性的闭环动态放大器二阶噪声整形SAR ADC，实现高精度与高能效。

83.8 dB SNDR, 625 kHz带宽, 107 μW功耗

噪声整形SAR ADC闭环动态放大器PVT鲁棒性高能效无增益校准

▸创新点1：PVT鲁棒的闭环动态放大器（电路创新）。该放大器结合闭环架构与动态操作，在40nm CMOS工艺下实现高精度（135-ENOB）与高能效（107μW），无需外部校准即可抵抗工艺、电压和温度变化。

▸创新点2：无增益校准的噪声整形技术（系统创新）。通过闭环动态放大器嵌入环路滤波器，首次实现全动态NS-SAR ADC，其二阶噪声传递函数（NTF）在625kHz带宽内实现83.8dB SNDR，消除传统增益校准需求。

▸创新点3：全动态NS-SAR ADC架构（系统创新）。整合动态比较器、动态放大器与SAR逻辑，所有模块均采用动态电路设计，在181.5dB Schreier FoM下实现纯动态操作的噪声整形。

▸创新点4：闭环动态放大器的稳定性优化（电路创新）。通过时序控制与反馈网络设计，在动态操作中保持闭环稳定性，确保NS-SAR在1.1V电源电压下PVT波动时的NTF一致性。

Abstract

This article presents a second-order noise-shaping (NS) successive approximation register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) with a process, voltage, and temperature (PVT)- robust closed-loop dynamic ampliﬁer. The proposed closed-loop dynamic ampliﬁer combines the merits of closed-loop architec- ture and dynamic operation, realizing robustness, high accuracy, and high energy-efﬁciency simultaneously. It is embedded in the loop ﬁlter of an NS SAR design, enabling the ﬁrst fully dynamic NS-SA