HDTV 응용을 위한 3V 10b 33MHz 저전력 CMOS A/D 변환기 = A3V 10b 33 MHz Low Power CMOS A/D Converter for HDTV Applications

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 HDTV 응용을 위한 10b 저전력 CMOS A/D 변환기 (analog-to-digital converter : ADC) 회로를 제안한다. 제안된 ADC의 전체 구조는 응용되는 시스템의 속도와 해상도 등의 사양을 고려하여 다단 파이프라인 구조가 적용되었다. 본 시스템이 갖는 회로적 특성은 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째, 전원전압의 변화에도 일정한 시스템 성능을 얻을 수 있는 바이어스 회로의 선택적 채널길이 조정기법을 제안한다. 둘째, 고속 2단 증폭기의 전력소모를 줄이기 위하여 증폭기가 사용되지 않는 동안 동작 전류 공급을 줄이는 전력소모 최적화 기법을 사용한다. 넷째, 다단 파이프라인 구조에서 최종단으로 갈수록 정확도 및 잡음 특성 등에서 여유를 얻을 수 있는 점을 고려한 캐패시터 스케일링 기법의 적용으로 면적 및 전력소모를 감소시킨다. 제안된 ADC는 0.8 um double-poly double-metal n-well CMOS 공정 변수를 사용하여 설계 및 제작되었고, 시제품 ADC의 성능 측정 결과는 Differential Nonlinearity (DNL) ${\pm}0.6LSB$, Integral Nonlinearity (INL) ${\pm}2.0LSB$ 수준이며, 전력소모는 3 V 및 40 MHz 동작시에는 119 mW, 5 V 및 50 MHz 동작시에는 320 mW로 측정되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper describes a l0b CMOS A/D converter (ADC) for HDTV applications. The proposed ADC adopts a typical multi-step pipelined architecture. The proposed circuit design techniques are as fo1lows: A selective channel-length adjustment technique for a bias circuit minimizes the mismatch of the bias current due to the short channel effect by supply voltage variations. A power reduction technique for a high-speed two-stage operational amplifier decreases the power consumption of amplifiers with wide bandwidths by turning on and off bias currents in the suggested sequence. A typical capacitor scaling technique optimizes the chip area and power dissipation of the ADC. The proposed ADC is designed and fabricated in s 0.8 um double-poly double-metal n-well CMOS technology. The measured differential and integral nonlinearities of the prototype ADC show less than ${\pm}0.6LSB\;and\;{\pm}2.0LSB$, respectively. The typical ADC power consumption is 119 mW at 3 V with a 40 MHz sampling rate, and 320 mW at 5 V with a 50 MHz sampling rate.