6-bit flash analog-to-digital converter

Abstract

Bu tezde geleneksel Flas Analog-Dijital çeviricilerden farklı bir yapı kullanılarakdaha yüksek hızlarda örnekleme yapabilen ve daha az güç tüketen bir çevirici tasarlamakamaçlanmıstır. Farklı gerilim karsılastırıcı devresi ve sonrasında kullanılan yapı,geleneksel çeviricilerde karsılastırıcı devresinin neden oldugu hız problemlerininasılmasını ve kodyayıcı devresine gerek kalmaksızın ROM devresini sürebilmesini saglar.Bu sayede daha yüksek hızlarda çalısabilen ve kodlayıcı devresine ihtiyaç duymayançevirici tasarlanmıstır.Geleneksel tasarımlarda oldugu gibi, bu tasarımda da gerilim karsılastırıcı devreleri,giris gerilimini referans gerilimleri ile karsılastırır. Fakat, farklı olarak çıkısta dijital birisaret degil, bir akım üretir. Tek bir gerilim karsılastırıcıda en yüksek degere sahip olan buakım bir akım karsılastırıcı sayesinde tesbit edilir ve bu akım karsılastırıcısının çıkısından?1? elde edilir. Sınır noktalarında gerilim karsılastırıcılarının akımları çok yakın degerleresahip olabilir ve iki tane akım karsılastırıcı aynı anda dijital ?1? üretebilirler. Bu durumdakarar devresi bir latch devresi yardımıyla en büyük degere sahip akımı belirler. Bu sayedetermometre kodu olusturulmadan ve kodlayıcı devresine gerek kalmadan Flas Analog-Dijital çeviricinin çıkısında bulunan ROM sürülebilir.Bu yapı kullanılarak 6-bit çözünürlügünde, 1GHz frekansında örnekleme yapabilen,1.8 V ile beslenen bir Flas Analog-Dijital çevirici TSMC 180nm CMOS teknolojisi iletasarlanmıstır. Bu çeviricinin -40°C ile 120°C aralıgında çalısması için gerekli ayarlamalaryapılmıstır. Bütün tasarım adımları ve detayları anlatılmıs, tasarlanan devrelerin ve tümsistemin similasyon sonuçları gösterilmistir. Bu çalısma, literaturde yer alan aynıteknolojiyle tasarlanmıs ve benzer özelliklerdeki bazı Flas Analog-Dijital çeviriciler ilekarsılastırılmıstır.

The purpose of this thesis is to design a converter with low power consumption andhigh sampling rate using a different structure from conventional flash analog-to-digitalconverters. The designed novel voltage comparator circuit and the following structureenable to overcome the speed problems of conventional voltage comparators. Moreover,the ROM can be driven without encoder circuit with the help of decision circuit.As in conventional Flash ADC designs, voltage comparator circuits compare inputvoltages against reference voltages in this designed Flash ADC. However, instead ofproducing a digital signal, voltage comparators produce a current at the output. The currenthas the highest value in only one voltage comparator. This current is detected by a currentcomparator which produces a digital ?1?. The outputs of voltage comparators can havevery close values at the boundaries of reference voltages. Therefore, two currentcomparators can produce ?1? at the same time. In this situation, decision circuit determinesthe highest current by the help of latch circuit. The ROM circuit can be driven withoutproducing thermometer code and encoder circuit.As a result, 6-bit, 1GS/s Flash ADC is designed in TSMC 180nm CMOS for 1.8Voperation. This converter is arranged to operate between -40° and 120°. All designsteps and details are shown in this thesis. Verification of designed circuits and all systemhas been carried out by simulations. Also, this work is compared against some of the FlashADC converters which have same technology and similar specifications, the results arepresented in this thesis.