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面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的电荷域计算与逐次逼近ADC一体化设计.docx
资料介绍
面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的电荷域计算与逐次逼近ADC一体化设计
摘要
在存算一体芯片的模拟计算阵列中，模数转换器（ADC）是连接模拟计算域与数字处理域的桥梁，其性能直接影响整体系统的精度和能效。传统设计中，ADC与模拟计算阵列独立设计，导致面积和功耗开销较大。本文提出了一种电荷域计算与逐次逼近ADC的一体化设计方案，将模拟计算阵列的部分求和运算与ADC的逐次逼近过程融合，在实现模数转换的同时完成计算结果的累加和量化，将ADC的面积和功耗降低50%以上，同时保持8bit以上的转换精度。
一、存算一体芯片中ADC的独特需求
1.1 传统ADC在存算一体芯片中的局限性
在存算一体芯片中，模拟计算阵列的每个输出通道都需要一个ADC将模拟结果转换为数字信号。传统ADC设计——如流水线ADC、SAR ADC等——虽然精度高、速度快，但在存算一体芯片中面临以下问题：面积开销大——典型SAR ADC的面积约为0.05mm²，当有数百个输出通道时，ADC总面积可达数十平方毫米，占芯片总面积的比例超过30%。功耗占比高——ADC的功耗可占模拟计算阵列总功耗的20%-40%，在低功耗场景下这一比例更高。接口匹配——ADC的输入动态范围与模拟计算阵列的输出范围需要精确匹配，否则会引入额外的量化误差。
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