学术前沿 | 北京大学唐希源助理教授及合作者在IEEE TCAS-I 发表低功耗SAR ADC设计综述的亮点论文
导读
本文是IEEE TCAS-I 2022 6月刊亮点论文 Low-Power SAR ADC Design: Overview and Survey of State-of-the-Art Techniques 的介绍。
论文链接：
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9761973
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模拟电路的“皇冠” - ADC
随着半导体制造工艺的演进，数字集成电路按照摩尔定律预测的趋势快速发展，也带动了信号处理技术不断进步。但身处物理的世界中，我们所能感知到的图像、声音、气味等都是模拟信号，在涉及到需要与物理世界进行交互时，模数转化器（ADC）能起到跨接模拟域与数字域的“桥梁”作用，在混合信号集成电路系统中扮演了关键角色，被誉为模拟电路的“皇冠”。在交互系统中，ADC电路的性能往往是限制整个系统性能的瓶颈，尤其是在数字时代，人工智能、物联网、健康监测等新兴应用领域又对系统的能耗提出了更加苛刻的要求，也给ADC电路的设计者们带来了更大挑战。
图1. ADC在电子系统中的应用
在过去几十年的研究中，ADC技术取得了长足发展，涌现出了一大批被广泛采用的ADC架构。其中，SAR ADC由于其高度数字化的结构在众多ADC架构中脱颖而出，尤其是在2006年65nm工艺节点问世后，其更是得益于工艺友好的特性表现出了超低功耗的优势，SAR在被发明了超过40年之久后迎来了复兴，成为了ADC领域能效指标的引领者和推动者。根据图2 统计显示，在进入21世纪的20年间，ADC的能效提升了约7500倍，大大超越了摩尔定律的演化速度，其中SAR 型架构占据高能效ADC的主要部分。随着大量相关的应用和低功耗技术涌现，统筹好这些技术的应用场景和电路要求对于SAR ADC的设计者来说具有重要的指导意义。
图2. 2000年-2021年在顶级会议上发表的ADC论文，表明SAR型ADC已成为高能效ADC的主要选择
北京大学人工智能研究院/集成电路学院唐希源助理教授与合作者在TCAS-l上发表了关于低功耗SAR ADC设计的综述论文。文章从SAR ADC中比较器、电容数模转换器以及数字逻辑这三个基本电路模块的角度出发，详细介绍并总结了近年来与这些电路模块相关的低功耗技术，例如新型的悬空反相型比较器、时间域比较器、低功耗电容DAC切换技术、异步数字逻辑等。另外，文章还根据目前SAR ADC已有的技术和性能统计，细数了近年来SAR ADC的研究历程，并指出了未来的研究倾向，旨在推动与SAR相关的研究站上新的起点。
期刊介绍
IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers（TCAS-I）创刊于1952年，是IEEE电路与系统协会（IEEE Circuits and Systems Society）旗舰期刊，涵盖了所有集成电路与系统相关领域研究。该期刊编委成员包括了来自美国、日本、英国、德国、法国、意大利、中国、荷兰、加拿大、澳大利亚、比利时等20个国家的61位集成电路专家学者，其中包括7位IEEE Fellow。
团队介绍
唐希源助理教授于2021年加入北京大学人工智能研究院/集成电路学院从事模拟、混合信号芯片、人工智能芯片研究。2019年于德州大学奥斯汀分校取得博士学位，2019-2021年在德州大学奥斯汀分校从事博士后研究。
主要研究方向包括：
- 高性能模拟集成电路
- 模拟设计自动化
- 人工智能芯片
课题组常年招收志在探索未知的研究生与博士后，请直接联系Email：xitang@pku.edu.cn
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