Kytkettyihin kapasitansseihin perustuvien vahvistimien asettumisajan nopeuttaminen analogia-digitaalimuuntimissa

Kytkettyihin kapasitansseihin (SC-tekniikka) perustuvat vahvistimet ovat CMOS-tekniikkaan perustuvien analogia-digitaalimuuntimien (AD-muunnin) tärkeimpiä osia. Tämän väitöstyön tavoitteena oli tutkia ja mallittaa SC-tekniikkaan perustuvien vahvistinpiirien asettumisaikaa, ja etsiä piiriteknisiä keinoja asettumisajan nopeuttamiseksi. SC-piirien suunnittelun suurimpia ongelmia on saavuttaa tarkka ja nopea asettuminen mahdollisimman pienellä tehonkulutuksella. Tämän työn päätuloksina on joukko keinoja, joilla voidaan nopeuttaa SC-kytkettyjen vahvistimien asettumista ilman että niiden tehonkulutusta lisätään, tai saavuttaa aiempi suorituskyky pienemmällä tehonkulutuksella. Menetelmät perustuvat siihen, että SC-piirin passiivista varausjakautumista ohjataan niin, että vahvistimen tulosolmussa oleva transientti minimoituu, jolloin vahvistin ei ajaudu virtarajoitteiselle toiminta-alueelle. Tällä tavoin voidaan nopeuttaa asteen asettumista tai pienentää merkittävästi vahvistimen lepovirtaa. Pipeline-tyyppisten muuntimien asettumista voidaan auttaa esilataamalla asteen kuormakapasitanssi sopivaan jännitteeseen. Simulointien mukaan näin voidaan saavuttaa joko 30% lisäys muunnostaajuuteen tai n. 30% piennys tehonkulutukseen. Tyypillisessä delta-sigma-modulaattorissa asettumista nopeutettiin vahvistimen lähtösolmuun injektoidulla virtapulssilla, joka voi olla joko diskreettitasoinen tai suoraan tulosignaaleista riippuva. asettumisnopeus toteutettiin ylimääräisellä varauspumpun injektiolla. Näillä saavutettiin n. 40% säästö tehonkulutuksessa.