Direction de recherche : Marie-Minerve LOUËRAT

Autocalibration d'un convertisseur Analogique-numérique Pipeline

Les convertisseurs analogiques-numériques (CAN) large bande et haute résolution qui permettent de rendre flexibles des services de transmission de données à haut-débit font l'objet de beaucoup d'études. La technologie des semi-conducteurs offre des traitements numériques de plus en plus rapides au prix d'une résolution analogique moindre. Pour tirer parti des procédés technologiques actuels, une solution consiste à envisager des systèmes mixtes analogiques-numériques à la place des fonctions purement analogiques. Les traitements numériques, utilisés pour calibrer les blocs analogiques, permettent de relâcher les contraintes de résolution des blocs analogiques et donc de baisser la surface et la consommation du système global.
Dans cette recherche, on étudie les limitations des circuits analogiques CAN pipeline et les techniques de calibration numériques. La calibration hors-ligne effectuée sur un prototype matériel CAN à 11 bits a prouvé l'efficacité de la calibration numérique pour rétablir la linéarité du CAN. On présente ensuite les compromis à effectuer pour distinguer les traitements analogiques des traitements numériques et aboutir à un système de calibration robuste en ligne. On propose une architecture fondée sur un pipeline en deux moitiés, dit "split". L'approche proposée pour la détection et la correction des erreurs des blocs analogiques repose sur un algorithme déterministe qui conduit à des temps de calculs très courts par rapport à ceux cités dans la littérature. On présente également une extension de l'algorithme de calibration à plusieurs étages du CAN pipeline.
Pour valider l'approche proposée de calibration en ligne, un CAN pipeline 200 MS/s 12 bits, en deux moitiés, a été conçu en technologie CMOS 40 nm. Les simulations après extraction des parasites confirment la précision de la technique proposée et valident le temps de calibration très court. Pour réduire davantage la surface et la consommation d'énergie du convertisseur, on propose une technique qui élimine le circuit d'échantillonnage à l'entrée du CAN sans perdre en précision à haute fréquence. On montre ainsi l'efficacité et la robustesse du système de calibration proposé pour atteindre de hautes résolutions à haute fréquence.
Mots-clés: CAN, calibration numérique, calibration en ligne, Split CAN, CMOS , CAN pipeline

Publications 2010-2015

• 2015
  • H. Adel, M. Sabut, M.‑M. Louërat : “Split ADC Based Fully Deterministic Multistage Calibration for High Speed Pipeline ADCs”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 62 (6), pp. 1481-1488, (IEEE) (2015)
  • H. Adel, M. Sabut, M.‑M. Louërat : “1.1-V 200 Ms/S 12-Bit Digitally Calibrated Pipeline ADC in 40 nm CMOS”, IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Lisbon, Portugal, pp. 2281-2284 (2015)
• 2014
  • H. Adel, M. Sabut, R. Petigny, M.‑M. Louërat : “Split ADC digital background calibration for high speed SHA-less pipeline ADCs”, International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Melbourne, Australia, pp. 1143-1146, (IEEE) (2014)
• 2013
  • H. Adel : “Digital Calibration of pipelined ADCs”, soutenance de thèse, soutenance 12/12/2013, direction de recherche Louërat, Marie-Minerve (2013)
  • H. Adel, M.‑M. Louërat, M. Sabut : “Design Considerations for Low Gain Amplifier in the MDAC of Digitally Calibrated Pipelined ADCs”, IFIP/IEEE 21^st International Conference on Very Large Scale Integration, VLSI-SoC 2013, Istanbul, Turkey, pp. 23-26, (IEEE) (2013)
• 2012
  • H. Adel, M.‑M. Louërat, M. Sabut : “Background calibration for pipelined ADCs”, Colloque du GDR SOC-SIP du CNRS, Paris, France (2012)
  • H. Adel, M.‑M. Louërat, M. Sabut : “Fast split background calibration for pipelined ADCs enabled by slope mismatch averaging technique”, Electronics Letters, vol. 48 (6), pp. 318-320, (IET) (2012)
• 2011
  • H. Adel, M.‑M. Louërat, H. Gicquel, M. Sabut : “Low Voltage Techniques for Pipelined A/D Converters”, Colloque GDR SOC SIP, Lyon, France, pp. 1-2 (2011)
• 2010
  • H. Adel, M. Dessouky, M.‑M. Louërat, H. Gicquel, H. Haddara : “Foreground Digital Calibration of Non-Linear Errors in Pipelined A/D Converters”, IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Paris, France, pp. 569-572, (IEEE) (2010)