A 14b 8kS/s 16uW 0.35um CMOS Algorithmic ADC for Sensor Interface in Ubiquitous Environments
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 이승훈
- 발행년도 2008
- 학위수여년월 2008. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 전자공학
- 식별자(기타) 000000107536
- 본문언어 한국어
목차
본 논문에서는 가속도 센서 및 자이로 센서 등과 같이 고해상도 및 작은 면적과 적은 전력 소모를 동시에 요구하는 센서 인터페이스 응용을 위한 14비트 8kS/s 16uW 0.35um CMOS 알고리즈믹 ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 재순환 기법을 이용한 알고리즈믹 구조를 사용하여 샘플링 속도, 해상도, 전력 소모 및 면적을 최적화하였으며, SHA와 MDAC 회로에는 스위치 기반의 전력 최소화 기법과 바이어스 공유 기법이 적용된 2단 증폭기를 사용하여 면적과 전력 소모를 최소화하였다. 또한 추가적인 보정 회로 없이 고해상도를 얻기 위해서 MDAC 커패시터 열에 3차원 완전대칭 레이아웃 기법을 사용하여 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하였고, ADC의 독립 IP로의 활용도 고려하여 기존 기술과는 달리 동일한 온도 계수 특성을 가지는 두 전류를 이용하는 새로운 저전력, 소면적 기준 전류 및 전압 발생기를 온-칩으로 집적하여 시스템 응용에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.35um 2P4M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 14비트 해상도에서 각각 최대 0.60LSB, 2.26LSB의 수준을 보이며, 8kS/s의 동작 속도에서 68dB 수준의 SNDR과 77dB 수준의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 0.70mm이며 전력 소모는 2.5V 전원 전압과 8kS/s의 동작 속도에서 16uW이다.
목차
This work proposes a 14b 8kS/s 16uW 0.35um CMOS algorithmic A/D converter for sensor interface applications such as accelerometers and gyro sensors requiring high resolution, ultra-low power, and small size simultaneously. The proposed ADC is based on an algorithmic architecture with recycling techniques to optimize sampling rate, resolution, chip area, and power consumption. The proposed ADC employs switched-bias power-reduction and bias sharing techniques to minimize the overall chip area and power dissipation. A signal insensitive 3-D fully symmetric layout in MDAC is also employed to reduce the capacitor and device mismatch without additional calibration circuits. The new current and voltage references using two currents with same temperature coefficient were implemented on chip with optional off-chip voltage references for independent IP applications. The prototype ADC in a 0.35um 2P4M CMOS technology demonstrates a measured DNL and INL within 0.60LSB and 2.26LSB, and shows a maximum SNDR and SFDR of 68dB and 77dB at 8kS/s, respectively. The proposed ADC with an active die area of 0.70mm2 consumes 16uW at 8kS/s and 2.5V.
