12bit 100MHz pipelined SAR ADC模数转换器 设计 65nm工艺，电...

12bit 100MHz pipelined SAR ADC模数转换器 设计 65nm工艺，电源电压1.2V,ENOB=11.6 有详细教程原理文档 有工艺库，直接导入自己的cadence [绿圆]结构: 栅压自举开关 CDAC 两级动态比较器 第一级6位SAR ADC 余量放大器 第二级8位SAR ADC 同步和异步SAR logic都有 原理仿真讲解，文档里都有 适合入门pipelined ADC的拿来练手

在65nm工艺下折腾1.2V供电的ADC就像走钢丝——电源电压低到连阈值电压都要斤斤计较。咱们今天要聊的这个pipelined SAR结构有点意思，第一级6bit SAR和第二级8bit SAR中间夹着个余量放大器，刚好凑够14bit再砍到12bit，实际测出来ENOB 11.6也算对得起观众。

先看输入端的栅压自举开关，这货的Verilog-A模型得这么写：

`include "constants.vams"

module boot_switch (vin, vout, clk);

electrical vin, vout, clk;

parameter real vdd=1.2;

analog begin

@(cross(V(clk)-vdd/2, +1)) begin

V(vout) <+ V(vin); //采样瞬间的电荷注入

end

@(cross(V(clk)-vdd/2, -1)) begin

V(vout) <+ 0; //关断时自动复位

end

end

endmodule

这代码看着简单，实际操作时栅氧可靠性要老命。特别是当输入信号摆幅接近1.2V时，得盯着工艺库里的tox参数算栅压，别让场效应管长期工作在3MV/cm以上的电场强度。

CDAC阵列的匹配才是重头戏。拿65nm工艺的MIM电容来说，单位电容得选0.5fF以上才靠谱。在layout里玩马赛克式交叉耦合，代码里得这么设置匹配参数：

createfloorplan -sidelength 12u -unit_cap 0.5fF

setcapmatching( method=chess, dummy_ratio=0.2 )

两级动态比较器设计最骚的操作是在预放大级加了个正反馈锁存。仿真时得盯着延迟曲线看，当输入差小于200uV时，比较时间直接飙到500ps以上——这时候得手动调管子尺寸：

simWave comparator.tr0

plot tran voutp voutn

meas tran tdelay when voutp-voutn=0.6*vdd rise=last

说到SAR逻辑的状态机，同步模式下用verilog写个状态转移倒是不难，但真跑起来还是异步模式更带劲。注意在异步逻辑里插几个延时单元平衡时序：

always @(posedge comp_out) begin

state <= next_state;

#10ps dacctrl <= newcode; //等电荷稳定再切电容

end

余量放大器这个磨人的小妖精，得在20MHz带宽和80dB增益之间走平衡木。套用工艺库里的折叠共源共栅结构，偏置电流设到200uA刚刚好。实测闭环稳定性时，突然发现相位裕度只有45度——赶紧在补偿电容上并联个10kΩ电阻，把零点往前拽。

最后跑个整体仿真，眼瞅着FFT结果里的三次谐波冒头了。翻出工艺文档查了查，原来是MOM电容的电压系数在作妖。改用地阱隔离的MIM电容后，SFDR立马飙到78dBc。所以说啊，ADC设计就是和工艺偏差斗智斗勇的过程，有时候改个版图比调电路更管用。

这项目最爽的是自带全套工艺库，直接把PDK往Cadence里一扔，吃个午饭的功夫就能开搞。仿真文档里连蒙特卡洛分析脚本都准备好了，跑个五百次迭代看看良率，比相亲还刺激——总有那么几个corner case的DNL会突破±1LSB。不过对于练手来说，能把主通路调通已经算入门了，剩下的玄学问题留给流片后的啤酒解决吧。