學位論文
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Item 高效能逐次逼近式類比數位轉換器的設計與實現(2013) 林翰江; Han-Chiang Lin積體電路設計在製程技術的進步之下，製程技術提升可以大量降低電路佈局的面積，也使得電路運作的電壓因而縮小，使得低功率與高效能的電路設計不斷推出。可攜式的電子產品在消費市場上越來越多，輕薄短小以及電池的長時效性要求，漸漸成為電路設計之主流；尤其是應用在人體或生物上的植入性醫學晶片，為了能達到長時間使用不更換的目標，低功率在電路的設計上，更顯得重要。在眾多的類比數位轉換器中，逐次逼近式類比數位轉換器(successive approximation register analog-to-digital converter, SAR ADC)最適合應用在低功率的系統中，此架構僅需一顆比較器即可完成資料轉換，這項優點可大幅地縮減資料轉換所消耗的功耗。 在本論文中，提出兩種架構分別為，二次浮動開關電容式SAR ADC和分裂式浮動開關SAR ADC架構。在二次浮動開關電容式SAR ADC此架構中，DAC部分的功率消耗相較於傳統切換技術之DAC架構，所提出方法可有效的節省97.57%的平均能量，採用TSMC 0.18-μm 1P6M的標準製程完成，在奈式取樣頻寬的規格下，分別可達到的品質因數FOM值為105.86-fJ/conversion-step。另外，在分裂式浮動開關之SAR ADC架構，在電容佈局方面，相較於傳統DAC架構可節省96.875%的電容佈局面積，採用TSMC 0.18-μm 1P6M的標準製程完成，分別可達到的品質因數FOM值為29.47-fJ/conversion-step。Item 用於逐次逼近式類比數位轉換器之高效能浮動開關電容技術設計(2012) 謝正恩; Cheng-En Hsieh積體電路設計在現今製程技術的演進下，已開啟奈米時代。而製程精度的提升除了降低電路佈局的面積，驅使電路運作的電源電壓因而縮小，使得高效能與低功率的電路設計不斷產出。隨著可攜式電子產品高需求的帶動下，效能佳是現今產品發表的最基本門檻，反倒是輕薄短小以及電池的長時效性要求，逐漸成為電路設計之主流；特別是應用在人體或生物上的植入性醫學晶片，為了能達到永久使用不更換的最大目標，低功率對晶片的設計上，更是第一必備要件。在眾多的類比數位轉換器中，逐次逼近式類比數位轉換器(successive approximation register analog-to-digital converter, SAR ADC)最符合低功率的條件，在於其大部分的電路元件為數位邏輯所構成，以及每筆取樣資料的轉換過程中，僅需一顆比較器即可實現，這都大幅地縮減資料轉換所消耗的能源。然而，在製程技術逐年提升的影響下，具備較多數位電路的SAR ADC開始嶄露頭角，除了維持低功率的特色，也朝高速的電路設計方案邁進。 在本論文中，提出了浮動開關電容(floating capacitor switching, FCS)技術來降低電容式DAC的能量損耗，相較於傳統切換技術之DAC架構，所提出方法可有效的節省97.66%的平均能量損失。另外，在供應電壓0.9-V的操作下，結合FCS架構的電容切換方式，再提出了部分式浮動開關電容技術之差動SAR ADC，以及雙部分式浮動開關電容技術之單端SAR ADC的電路實現架構，並採用TSMC 0.18-μm 1P6M的標準製程完成，在奈式取樣頻寬的規格下，可達到的品質因數FOM值分別為21.7-fJ/conversion-step以及46.2-fJ/conversion-step。