A high area-and-energy efficiency 12-bit column-parallel SAR/SS ADC for high-speed infrared focal plane readout circuits with error correction

逐次逼近ADC 12位 电子线路 量化(信号处理) 最低有效位 数据转换 CMOS芯片 电压 电容器 计算机科学 电子工程 物理 电气工程 计算机硬件 工程类 算法 操作系统
作者
Qiuwei Wang,Mao Ye,Yao Li,Xiaoxiao Zheng,Yiqiang Zhao
标识
DOI:10.1016/j.mejo.2023.105918
摘要

This paper presents a high-energy-efficiency and high-area-efficiency 12-bit column-parallel successive-approximation-register/single-slope analog-to-digital converter (SAR/SS ADC) for high-speed infrared focal plane readout circuits. The proposed SAR/SS ADC divides the quantization process into upper 8-bit coarse conversion by the SAR ADC and lower 4-bit fine conversion by the SS ADC. The SAR ADC uses the scaled reference-voltage technique to achieve 8-bit conversion using only a 4-bit capacitor DAC. In addition, the SS ADC is designed with an additional 1-bit redundant bit to reduce settling error mismatch between coarse and fine conversion by the proposed error correction method. The proposed SAR/SS ADC is designed in a 0.18μm CMOS process, and each column occupies an area of 30μm × 487μm. The post-layout simulation results show that the SAR/SS consumes 73.15 μW for each column and has a DNL of −0.5/+0.6 LSB and an INL of −0.6/+0.4 LSB. The FoM is only 35.72 fJ/step with 2μs conversion time, which achieves an appropriate trade-off between conversion speed, power consumption, and area.

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