This paper describes a low-power, SNDR (signal-to-noise and distortion ration) enhanced SAR (successive approximation register) type 12b ADC (analog-to-digital converter) with noise shaping technique. For low power consumption and small chip size of the DAC (digital-to-analog converter), the top plate sampling technique and the dummy capacitor switching technique are used to implement 12b operation with a 10b capacitor array in DAC. Noise shaping technique is applied to improve the SNDR by reducing the errors from the mismatching of DAC capacitor arrays, the errors caused by attenuation capacitor and the errors from the comparator noise. The proposed SAR ADC is designed with a $0.18{\mu}m$ CMOS process. The simulation results show that the SNDR of the SAR ADC without the noise shaping technique is 71 dB and that of the SAR ADC with the noise shaping technique is 84 dB. We can achieve the 13 dB improvement in SNDR with this noise shaping technique. The power consumption is $73.8{\mu}W$ and the FoM (figure-of-merit) is 5.2fJ/conversion-step.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.16
no.6
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pp.454-464
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2023
This paper proposes a low-power 8-bit asynchronous SAR ADC with a sampling rate of 1 MS/s for sensor node applications. The ADC uses bootstrapped switches to improve linearity and applies a VCM-based CDAC switching technique to reduce the power consumption and area of the DAC. Conventional synchronous SAR ADCs that operate in synchronization with an external clock suffer from high power consumption due to the use of a clock faster than the sampling rate, which can be overcome by using an asynchronous SAR ADC structure that handles internal comparisons in an asynchronous manner. In addition, the SAR logic is designed using dynamic logic circuits to reduce the large digital power consumption that occurs in low resolution ADC designs. The proposed ADC was simulated in a 180-nm CMOS process, and at a 1.8 V supply voltage and a sampling rate of 1 MS/s, it consumed 46.06 𝜇W of power, achieved an SNDR of 49.76 dB and an ENOB of 7.9738 bits, and obtained a FoM of 183.2 fJ/conv-step. The simulated DNL and INL are +0.186/-0.157 LSB and +0.111/-0.169 LSB.
A wavelet Electrocardiogram(ECG) detector and its analog-to-digital converter(ADC) for low-power implantable cardiac pacemakers are presented in this paper. The proposed wavelet-based ECG detector consists of a wavelet decomposer with wavelet filter banks, a QRS complex detector of hypothesis testing with wavelet-demodulated ECG signals, and a noise detector with zero-crossing points. To achieve high-detection performance with low-power consumption, the multi-scaled product algorithm and soft-threshold algorithm are efficiently exploited. To further reduce the power dissipation, a low-power ADC, which is based on a Successive Approximation Register(SAR) architecture with an on/off-time controlled comparator and passive sample and hold, is also presented. Our algorithmic and architectural level approaches are implemented and fabricated in standard $0.35{\mu}m$ CMOS technology. The testchip shows a good detection accuracy of 99.32% and very low-power consumption of $19.02{\mu}W$ with 3-V supply voltage.
Analog-digital converter (ADC) should be one of the most important blocks that convert various physical signals to digital ones for signal processing in the digital signal domain. As most operations of the analog circuit for sensor signal processing have been replaced by digital circuits, high-resolution performance is required for ADC. In addition, low-power must be the critical issue in order to extend the battery time of mobile system. The existing integrating sigma-delta ADCs has a characteristic of high resolution, but due to its low supply voltage condition and advanced technology, circuit error and corresponding resolution degradation of ADC result from the finite gain of the operational amplifier in the integrator. Buffer compensation technique can be applied to minimize gain errors, but there is a disadvantage of additional power dissipation due to the added buffer. In this paper, incremental signal-delta ADC is proposed with buffer switching scheme to minimize current and igh-pass bias circuit to improve the settling time.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics C
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v.34C
no.12
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pp.20-27
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1997
In this paper, a multiplying digital-to-analog converter (MDAC) circuit for low-power high-resolution CMOS algorithmic A/D converters (ADC's) is proposed. The proposed MDAC is designed to operte properly at a supply at a supply voltge between 3 V and 5 V and employs an analog0domain power reduction technique based on a bias switching circuit so that the total power consumption can be optimized. As metal-to-metal capacitors are implemented as frequency compensation capacitors, opamps' performance can be varied by imperfect process control. The MDAC minimizes the effects by the circuit performance variations with on-chip tuning circuits. The proposed low-power MDAC is implementd as a sub-block of a 10-bit 200kHz algorithmic ADC using a 0.6 um single-poly double-metal n-well CMOS technology. With the power-reduction technique enabled, the power consumption of the experimental ADC is reduced from 11mW to 7mW at a 3.3V supply voltage and the power reduction ratio of 36% is achieved.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.9
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pp.800-807
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2006
To enhance the conversion speed more fast, we separate the determination process of MSB and LSB with the two independent ADC circuits of the Incremental Sigma Delta ADC. After the 1st Incremental Sigma Delta ADC conversion finished, the 2nd Incremental Sigma Delta ADC conversion start while the 1st Incremental Sigma Delta ADC work on the next input. By determining the MSB and the LSB independently, the ADC conversion speed is improved by two times better than the conventional Extended Counting Incremental Sigma Delta ADC. In processing the 2nd Incremental Sigma Delta ADC, the inverting sample/hold circuit inverts the input the 2nd Incremental Sigma Delta ADC, which is the output of switched capacitor integrator within the 1st Incremental Sigma Delta ADC block. The increased active area is relatively small by the added analog circuit, because the digital circuit area is more large than analog. In this paper, a 14 bit Extended Counting Incremental Sigma-Delta ADC is implemented in $0.25{\mu}m$ CMOS process with a single 2.5 V supply voltage. The conversion speed is about 150 Ksamples/sec at a clock rate of 25 MHz. The 1 MSB is 0.02 V. The active area is $0.50\;x\;0.35mm^{2}$. The averaged power consumption is 1.7 mW.
This work presents a low-power CMOS image sensor (CIS) with a multi-column-parallel (MCP) readout structure while focusing on improving its performance compared to previous works. A delta readout scheme that utilizes the image characteristics is optimized for the MCP readout structure. By simply alternating the MCP readout direction for each row selection, additional memory for the row-to-row delta readout is not required, resulting in a reduced area of occupation compared to the previous work. In addition, the bias current of a pre-amplifier in a successive approximate register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) changes according to the operating period to improve the power efficiency. The prototype CIS chip was fabricated using a 0.18-㎛ CMOS process. A 160 × 120 pixel array with 4.4 ㎛ pitch was implemented with a 10-bit SAR ADC. The prototype CIS demonstrated a frame rate of 120 fps with a total power consumption of 1.92 mW.
In this paper, we propose a high resolution A/D converter for a sensor interface that processes low frequency AC signals. A 6b SAR ADC with low power consumption and a 11b incremental ADC with high resolution are combined together to perform 15b resolution. Conventional hybrid ADC has a disadvantage that it can convert t only DC signal, but in this paper, it is possible to convert data to AC signal by increasing input range of incremental ADC. The decimation filter is implemented on-chip. The designed Hybrid ADC operates at supply voltage of 1.8V and consumes the current of 6.98uA. The OSR (oversampling ratio) is 90. And SFDR, SNDR, ENOB and FoMs are 96.59dB, 88.47dB, 14.4-bit and 139.5dB, respectively.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.15
no.6
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pp.695-702
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2015
A 1-V 1.6-GS/s 5.58-ENOB flash ADC with a high-speed time-domain comparator is proposed. The proposed time-domain comparator, which consumes low power, improves the comparison capability in high-speed operations and results in the removal of preamplifiers from the first-stage of the flash ADC. The time interpolation with two factors, implemented using the proposed time-domain comparator array and SR latch array, reduces the area and power consumption. The proposed flash ADC has been implemented using a 65-nm 1-poly 8-metal CMOS process with a 1-V supply voltage. The measured DNL and INL are 0.28 and 0.41 LSB, respectively. The SNDR is measured to be 35.37 dB at the Nyquist frequency. The FoM and chip area of the flash ADC are 0.38 pJ/c-s and $620{\times}340{\mu}m^2$, respectively.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.47
no.8
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pp.47-55
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2010
In this paper, a timing register architecture using demultiplexer and counter is proposed to reduce the area of the high resolution SAR type analog to digital converter. The area and digital power consumption of the conventional timing register based on the shift register is drastically increased, as the resolution is increased. On the other hand, the proposed architecture results in reduction of the area and the power consumption of the error correction logic of the SAR ADC. This chip is implemented with 0.18 um CMOS process. The area is reduced by 5.4 times and the digital power consumption is minimized compared with the conventional one. The 12 bits SAR ADC shows ENOB of 11 bits, power consumption of 2 mW, and conversion speed of 1 MSPS. The die area is $1 mm{\times}1mm$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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