Autocalibration d'un convertisseur analogique-numérique pipeline

High resolution wideband Analog-to-Digital Converters (ADCs) in communication systems are becoming an industrial target to provide consumers with high definition and high data rate services with high degree of flexibility. Technology advances enable high speed operation on the expense of a reduced analog resolution. To benefit from technology scaling and the accompanying digital enhancements, digital calibration can be used to leverage the analog resolution at high speed, and at lower area and power consumption.In this research, a study of the analog circuit limitations in pipeline ADCs and the possible digital calibration techniques are investigated. A foreground digital calibration technique has been applied on an 11-bit ADC prototype and measurement results prove the efficiency of digital calibration in restoring the linearity of the ADC. Design considerations for digitally calibrated ADCs are then presented and validated by system and circuit simulations to enable efficient mix between analog and digital for a highly robust digital calibration. A fast split background calibration is proposed and validated by system level simulations for pipeline ADCs. The proposed calibration technique is based on a fully deterministic approach to detect and correct the circuit errors, and thus it enables high accuracy with minimum calibration time reported in literature for a background technique. This technique is further extended for a fully deterministic split multi-stage calibration in pipeline ADCs. A circuit technique is proposed to eliminate the front-end sample and hold amplifier without sacrificing the accuracy of split ADC calibration at high frequencies.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 à deux voies, 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, à deux voies, 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.PARIS-BIUSJ-Mathématiques rech (751052111) / SudocSudocFranceF