Recently, analog-to-digital converters (ADC) using current-mode processing for various applications have been studied. This thesis proposes a novel current-mode processing technique for high-speed and low-power ADC.At first, this paper introduces a current-mode residue processing technique in a pipelined-SAR analog-to-digital converter (ADC), which extends the operation speed of a single-channel ADC utilizing low-impedance-based signaling. A 10-bit pipelined-SAR ADC with featured building blocks such as a degenerated gm-cell as an open-loop residue amplifier, a switched-current mirror for sample-and-hold (S/H) function, and a split current DAC for current-domain SAR conversion achieves a 500-MS/s conversion-rate under a 1.0-V supply. With background inter-stage mismatch calibration, a prototype ADC fabricated in a 28-nm CMOS process achieves 56.6-dB SNDR at a Nyquist input, resulting in a Walden FoM of a 21.7 fJ/conversion-step.Next, This paper introduces a voltage-current-time (V-I-T) domain 3-stage pipelined analog-to-digital converter (ADC) that exploits the speed of both the current-domain and the time-domain processing. An open-loop current-to-time pipelining with a calibration-free time-to-digital converter (TDC) utilizing a full-scale-matched current-to-time converter (ITC) enhances the conversion speed of a time-domain back-end ADC while ensuring the robustness to PVT variations. With voltage-to-current stage background calibration, a prototype 12-bit 250-MS/s ADC fabricated in a 28-nm CMOS process achieves an SNDR of 61.5 dB at a Nyquist input, resulting in a 22.2fJ/conversion-step Walden FoM under a 1.0V supply.
최근까지 다양한 응용을 위한 전류모드 프로세싱을 이용한 아날로그-디지털 변환기 (ADC) 가 연구되어 왔다. 본 학위논문은 고속과 저전력 ADC 에 적합한 새로운 전류모드 프로세싱을 제안한다. 논문의 처음은 파이프라인 축차 비교형 ADC에 전류모드 잔류전압 프로세싱 기술을 소개한다. 이 기술은 낮은 임피던스 기반의 신호처리를 활용하여 단일채널 ADC 의 동작속도를 향상시켰다. 개루프의 잔류증폭기인 트랜스컨덕턴스 셀과 샘플링 기능이 있는 스위치 전류 복사 블록, 그리고 전류 도메인에서의 축차 비교 변환을 위한 스플릿 전류 디지털-아날로그 변환기를 가지는 10비트의 파이프라인 축차 비교형 ADC는 1.0V 전원에서 500MS/s 동작속도를 얻는다. 백그라운드 캘리브레이션을 수행하면서, 28nm CMOS 공정으로 제작된 시제품 ADC는 나이퀴스트 입력에서 56.6dB의 SNDR 성능을 보여주고 21.7fJ/c-s Walden FoM을 갖는다. 다음으로 본 논문은 전류와 시간 도메인의 고속 특성을 이용하는 전압-전류-시간 3 스테이지 파이프라인 ADC를 소개한다. 스케일을 맞출 수 있는 전류-시간 변환기를 제안하여, 캘리브레이션이 필요없는 시간-디지털 변환기를 갖는 개루프 전류-시간 파이프라이닝을 구현하였다. 이는 프로세스-전원-온도 변화에 둔감한 특성과 고속 특성을 갖는다. 전압-전류 백그라운드 캘리브레이션을 수행하면서, 12비트 250MS/s 시제품 ADC는 28nm CMOS 공정으로 제작되었고, 22.2fJ/c-s Walden FoM 및 나이퀴스트 입력에서 61.5dB SNDR 성능을 보여준다.
