40 45 50 55 60 65 70
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Sampling Rate [MSPS]
[dB]
SNR SNDR
C 2006 IEEE
図55 入力信号周波数2MHz時の動作速度とSNR、SNDR
40 45 50 55 60 65 70
1 10 100
Input Signal Frequency [MHz]
[dB]
SNR SNDR
C 2006 IEEE
図56 動作速度100MS/s時の入力信号周波数とSNR、SNDR
-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10
1 10 100
Input Signal Frequency [MSPS]
Power [dB]
Ich signal Qch signal 49.1 dB
C 2006 IEEE
図57 Ichの信号振幅とQchのリーク信号振幅(動作速度100MS/s)
0 10 20 30 40 50
-160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20
Frequency[MHz]
Power[dBc]
69.9 dB
C 2006 IEEE
図58 FFT結果(100MS/s動作時)
表2 低消費電力12bitA/D変換器の性能比較
Pdiss Vdd fSR SNR FoM1 FoM2
This work 55 mW 1.2 V 100 MHz 66.7 dB 0.69 0.83 Andersen [1] 97 mW 1.8 V 110 MHz 67.1 dB 0.65 1.2
Zjajo [14] 100 mW 1.8 V 80 MHz 66.3 dB 1.5 2.7 Loloee [15] 259 mW 3 V 80 MHz 65 dB 1.8 5.4
図56は、動作速度 100MS/s 時の入力信号周波数とSNR、SNDR の関係を示してい る。入力信号周波数が約50MHzのナイキスト周波数において、SNDR=56.2dBであり、
ENOB=9.04bitであった。図56に示されるように、試作した A/D変換器ではナイキス ト周波数までENOB9bit以上を得られた。
動作速度100MS/sにおいて、1ch当たりの消費電力は55mWであった。この消費電力 にはリファレンスアンプやデジタルエラー補正ブロックも含んでいる。表Iは、今回の試 作以前に発表された動作速度100MS/s前後、12bit分解能を持つA/D変換器の性能を示 している。消費電力55mWは、明らかに最も低消費電力である。また、SNR=66.7dBも 他の試作例と同等である。
表Iには、他の試作例との比較を容易にするため、2種類のFoM、FoM1とFoM2[16]が 記載されている。動作速度をfsamp、消費電力をPdiss、電源電圧をVddとすると、FoM1 とFoM2は以下のように定義される。
F oM1 = Pdiss
fsamp2EN OB [pJ/step], F oM2 = Pdiss
fsamp2EN OBVdd [pJV/step],
表Iから、今回試作したA/D変換器のFoM1は、過去の試作例における最も高性能なも のと同等であることがわかる。また、電源電圧も同時に考慮した場合の性能を示すFoM2 は、過去の試作例よりも高性能であることがわかる。
図 58 は 、動 作 速 度 100MS/s、入 力 信 号 周 波 数 2MHz 時 の FFT 結 果 で あ る 。 SFDR(Spurious-Free Dynamic Range)=69.9 dBであった。
1つのオペアンプをIchとQchの2つのA/D変換器で共用化しているため、無線通信 用途としては、チャネル間の信号漏えいが問題となる可能性がある[2]。図57は、Ich側 にフルスケールの単一周波数を持つアナログ信号を入力し、かつQch 側は無信号である
場合のチャネル間アイソレーションを測定した結果である。2つのチャネルとも、入力は それぞれ50オーム終端されている。図57から少なくとも49 dBのアイソレーションが 確保されていることがわかる。この結果から、試作したA/D変換器のチャネル間信号漏 えい量は、無線通信用途として問題ないことがわかった。
試作したA/D変換器の性能を表IIにまとめる。
表3 試作A/D変換器の性能
使用プロセス 90-nm CMOS
電源電圧 1.2 V
消費電力 55.0 mW/channel
分解能 12 bit
動作速度 100 MSPS
フルスケール 0.8 Vp−p (differential)
SNR 66.7dB@Fin=2 MHz
63.5dB@Fin=50 MHz
SNDR 59.7dB@Fin=2 MHz
56.2dB@Fin=50 MHz
SFDR 69.9dB@Fin=2 MHz
DNL +0.97/-1.00 LSB
INL +3.37/-3.40 LSB
面積 1.7 mm × 3.4 mm (2ch)