采用有源背栅控制的 4.4 GS/s 220 MHz 带宽 CT Σ-Δ ADC 积分器线性化技术

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：Integrator Linearization Technique Using Active Back-Gate Control in a 4.4 GS/s 220 MHz Bandwidth CT Sigma–Delta ADC

　　**摘要：**采用主动背栅控制技术，实现了一种宽带、高线性度的Gm-C型Σ-Δ转换器，具有扩展的输入电压范围。通过在Gm输入器件的背栅信号通路中引入带有预设负反馈增益的辅助运算放大器，有效补偿了Gm跨导的固有非线性，从而实现线性度增强。该方案可将非线性IM3失真降低至?78 dBc以下，同时支持1.3 Vpp满量程输入信号摆幅。首先利用多项式模型建立工作原理，随后基于平方律器件方程对设计折中关系进行了深入分析。讨论了关键约束条件，包括带宽和功耗开销，所提技术的功耗仅增加10%。虽然额外电路引入了附加噪声，但通过带通特性限制噪声带宽，可缓解其影响。同时分析了放大器增益对跨导线性度的灵敏度。该概念已通过220 MHz三阶连续时间Σ-Δ调制器的硅验证。该方案的主要优势在于支持具有宽电压摆幅的高阻抗Gm-C输入节点，并结合共享的电压模式反馈DAC与输入端一阶FIR滤波器进一步发挥其作用。通过低延迟架构、内部4位Flash量化器和快速反馈路径确保环路稳定性。该连续时间Σ-Δ调制器在220 MHz信号带宽内实现了62 dB的SNDR和75 dB的SFDR，同时仅消耗22 mW功率，供电电压为双0.9 V和?0.5 V。