Simulation complète du convertisseur CNA-SC 6 bits

Une simulation temporelle à l’aide du logiciel Cadence Spectre a permis de déterminer les performances du CNA-SC 6 bits. Durant cette simulation la fonction de transfert idéal et réelle du CAN-SC 6 bits a été simulée, la courbe idéale ne comportant aucun élément parasite, la courbe réelle se rapprocher de la fonction de transfert réelle. De plus la sortie du CNA-SC 6 bits a été connectée à un condensateur d’une valeur de 1pF afin de simuler la charge sur la sortie du CNA-SC 6 bits. La différence de valeur entre ces deux fonctions de transfert a ensuite été calculée.

La figure IV.27, montre l’entrée binaire du CNA-SC 6bits (D0, D1, D2, D3, D4 et D5) de « 000000 » à « 111111 ».

Figure IV.27: Entrée binaire du CNA-SC 6 bits

La figure IV.28 montre le courant de sortie de CNA-SC 6bits avec une code binaire d’entre varie de «000000» à «111111».

Les résultats montrent que la sortie du CNA SC 6bits est monotone l’amplitude du signal de sortie augmente avec l’augmentation d’entrée numérique et pour l’amplitude des pics de CNA SC 6bits assez petit est 18.93µA.

Figure IV.28: Conversion complète du CNA-SC 6bits

Pour vérifier et confirmer les performances du notre CNA-SC 6bits proposé avec les diverses facteurs non idéaux, nous avons effectué plusieurs simulations avec l’utilisation d’un CNA dans le cas idéal et non-idéal. Les simulations effectuées afin de vérifier les performances de notre CNA-SC 6bits proposé sont rapportés dans ces sections avec les performances statiques.

6.1.Performance statiques du CNA-SC 6bits

6.1.1. Erreurs de non-linéarité différentielle et intégrale

La linéarité est le paramètre le plus important dans le convertisseur de données. Les performances de linéarités incluent la non-linéarité intégrale (INL) et la non-linéarité de différentiel (DNL). L’INL est défini comme la déviation maximale d’un point de transition d’une conversion de point de transition par rapport a une conversion idéale. L’INL est déterminé à partir de la courbe de transfert basé sur la définition de ces paramètres, LSB présente la déviation de la fonction de transfert réelle d’une ligne droite. Pour le DNL, il est défini comme la différence entre une largeur réelle de pas et la valeur idéale de 1 LSB. Par conséquent, INL représente des erreurs cumulatives de DNL. La déviation à partir d´une valeur idéale est considérée comme une définition fondamentale. Le non linéarité différentielle (DNL) indique la nature de ces erreurs non - linéairement distribuées. Supposons que la valeur de sortie idéale pour un code donné, est la suivante :

Courant idéal

La valeur réelle produite par le convertisseur pour le même code est :

: Courant réel

La déviation est directement donnée par :

La déviation est normalisée en considérant la valeur de LSB, comme :

Et la déviation atteindra la valeur 1LSB, le DNL est la différence entre les deux déviations à un certain code de transition à , comme :

La non linéarité intégrale (INL), décrit la déviation entière de la ligne droite idéale. Les valeurs d'INL, pourraient également être calculées par les valeurs de DNL comme suit :

A partir de l´équation IV.15 et IV.16 on pourrait aussi obtenir la formule suivante :

Les résultats de simulation de ces deux paramètres (DNL, INL) pour notre CNA SC 6 bits sont montrés dans les figures (IV.29) et (IV.30) respectivement. Les résultats de simulation prouvent que la variation de ces derniers est plus moins que 1 LSB, dans le cas de CNA SC 6bits il est entre +0.0397/-0.1142 LSB pour le DNL, et entre +0.0583/-0.0600 LSB pour l’INL.

Figure IV.29: Erreur DNL du CAN SC 6bits

Figure IV.30: Erreur INL du CAN SC 6bits

Plus les erreurs de linéarité INL et DNL on a l’erreur d’offset et l’erreur de gain.

6.1.2. Erreurs de gain et d’offset 6.1.2.1.Erreur d’offset

L’erreur d’offset : L’erreur d’offset, pourrait être définie comme la déviation de la valeur minimale idéale de la sortie.

6.1.2.2.Erreur de gain

L’erreur de gain : L’erreur de gain, pourrait être définie comme la déviation de la valeur maximale idéale de la sortie.

Avec : ,

Et

 L’erreur d’offset est égale :

Le dessin des masques du CAN SAR et CNA SC à 6bits ont été réalisé en technologie CMOS 0.18µm, 1Poly et 3 métaux.

La figure IV.31 présente le dessin des masques estimes du CAN SAR à 6bits. Les dimensions de ce dernier sont de 35 μm×472μm = 0.016mm². Cela représente une augmentation d’environ 135.24 μm par rapport au circuit précédent de CAN Flash à 4bits.

Figure IV.31: Dessin des masques du CAN SAR à 6 bits.

La figure IV.32 présente le dessin du masque du convertisseur numérique analogique 6bits, il a une taille de dont la major partie est essentiellement dominée par le réseau de source de courant, les dimensions des circuits sont de 35×189.395 μm² = 0.006

mm² .

Figure IV.32: Dessin des masques du CNA-SC 6 bits. 6.3.Comparaison et discussion

Le tableau IV.3, résume le résultat de cette conception et 2 autres travaux de la conception publiés dans la littérateur [Far&Joh, 2003, Jun et al., 2008]. L’efficacité de la

deux travaux. Nous remarquons que la consommation d'énergie de l’architecture propose est beaucoup plus petite que la consommation d'énergie d'autres conceptions [Far&Joh, 2003] et [Jun et al., 2008] . Bien que cette architecture réduise considérablement la puissance. Par conséquent, une layout et une conception soigneuse devraient être utilisés pour réduire son effet destructeur. En outre, ce CNA-SC 6 bits atteint une vitesse moyenne supérieure à 10Me/s et possède la plus petite surface active de 0.006mm². Par conséquent, avec ces caractéristiques optimisées, cette architecture proposée peut être intégré dans le convertisseur SAR en mode du courant pour utiliser dans les capteurs monolithiques à pixels actifs (MAPS).

Table IV.3: Comparaison de resultats obtenir avec les travaux existe dans la littérature

*Resultat de test

**Resultat de simulation

Paramètres Spécification [ Far&Joh,

2003]** [ Jun et al., 2008]* Résultats** Architectures Source du courant Source du courant Source du courant Source du courant Technologies CMOS (µm) 0.18 0.18 0.35 0.18 Tension d'alimentation (V) 1.8 1.8 3 1.8 Temperature (C°) 27 27 27 27 Nombre de bits 6 6 6 6

Pleine échelle (μA) 516,6μA - - 516,6μA

LSB (μA) 8.20μA - - 8.20μA

Vitesse de conversion ≥ 10Me/s 1Ge/s 1.25Ge/s 10Me/s

Dimension ( mm² ) minimum - 0.057 35×189.395 μm² =0.006 Consmmation d’ nergie (mW) < 1 24 6 0.944 INL (LSB) ≤ 0.5LSB - < 0.1 - 0.1142 ≤ 0.5LSB 0.48 < 0.1 0.0397 DNL(LSB) ≤ 0.5LSB - < 0.1 - 0.0600 ≤ 0.5LSB 0.22 < 0.1 0.0583

Erreur de gain (LSB) minimum - - - 0.114