ω→大 ⇒ ジッタ小

ドキュメント内 小林研究室2000年度の研究成果 (Page 72-82)

高SNR     C 小

A, ω→大 ⇒ ジッタ小

スルーレート: スルーレート:

スレッショルド

クロック クロック

スレッショルドを 横切るタイミング

スレッショルドを 横切るタイミング

73

Vclk

+

-C Vgs

Vin

Vout

サンプリング・クロックの

有限立ち上がり時間の影響

立ち上がり時間 : ゼロ 立ち上がり時間 : 有限

t Vin + Vthn

C Vthn

Vclk

t Vin + Vthn

C Vthn

Vclk

MOSスイッチのゲートを駆動するサンプリング・クロックが有限の スロープを持つとき、

トラックモードからホールドモード(ON→OFF)の移行のタイミングが、

入力レベルに依存。

        入力信号依存サンプリング・タイミング誤差

74

入力信号依存

サンプリングタイミング誤差の影響

NMOSサンプリング回路の場合

clk

M

C+Vthn M

Vin      のとき、>

進み位相

M

Vin < のとき、

遅れ位相

Vclk

+

-C Vgs

Vin

Vout

入力信号依存サンプリング・ジッタの影響

実際のサンプリング値が位相変調となって現れる。

75

インターリーブ AD 変換器

„ M個のADCのインターリーブでM倍のサンプリングレートを実現

CK1, CK2, …, CKM 間のタイミングスキューがジッタに見える。

76

まとめ

波形サンプリング技術はアナログの  ● アーキテクチャ設計

 ● 回路設計

 ● 性能の測定評価

で用いる重要な技術の一つ。

理論から回路実現に関するさまざまな 面白い問題がある。

サンプリング技術は

高速スイッチング微細CMOSに適した技術。

      半導体デバイス進展のトレンドに合致。

  

77

日本がアナログで勝つためには

ー アナログ・サイエンスの提唱 ー

アナログを「匠の技」から「サイエンス」へ

「匠の技」「センス」「経験」ばかりを主張していると、

アナログ人口は増えず、産業は伸びない。

技術でうまくいく、いかないというのは

「理屈」がある。それを科学的に解明し

体系的な設計論、教育システムを確立するべき。

大阪大学 谷口研二先生 アナログ回路に不思議はない。

      すべて理詰めで理解できる(基礎理論の習得が重要)。

最後に

78

附録1

サンプリング回路の

信号ノイズ比と帯域との関係

CMOS アナログ回路

 ノイズよりミスマッチが大きな誤差要因のこと多し  ノイズの問題が軽視されていないか。

連続時間アナログフィルタ

  フィルタ理論、回路構成だけでなく   ノイズ、線形性、消費電力が重要 サンプリング回路のノイズを調べる

79

サンプリング回路技術の現状

„

A/D 変換前段の S/H 回路

„

サンプリング時間が十分に長い場合

„

トラックホールド回路

  (SoC上のADCに使用)

„

サンプリング時間が短い場合

„

インパルスサンプリング回路

  (サンプリングオシロスコープに使用)

„

現在別々に扱われている

広帯域化

新提案

80

S/H 回路の動作

時間

電圧

時間

電圧

時間

電圧

時間

電圧

„

S/H 回路の基本構成:スイッチと容量

SW C

Vin Vout

SW C

Vin Vout

SW C

Vin Vout

•スイッチSWがONの時

•Vout(t) = Vin(t)     Sample動作

•スイッチSWがOFFの時

•Vout(t) = Vin(tOFF)   Hold動作

Sample Hold

81

S/H 回路での2つの時定数τ

1

、τ

2

信号源

オン抵抗: R

on

RSGΩ

τ2 C

„

S/H 回路の時定数

„ τ1 : 信号源の抵抗とスイッチのオン抵抗の

合成抵抗と容量から構成される時定数((Ron+RSG)×C)

„ τ2 : スイッチング時間窓

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