This paper describes a l0b CMOS A/D converter (ADC) for HDTV applications. The proposed ADC adopts a typical multi-step pipelined architecture. The proposed circuit design techniques are as fo1lows: A selective channel-length adjustment technique for a bias circuit minimizes the mismatch of the bias current due to the short channel effect by supply voltage variations. A power reduction technique for a high-speed two-stage operational amplifier decreases the power consumption of amplifiers with wide bandwidths by turning on and off bias currents in the suggested sequence. A typical capacitor scaling technique optimizes the chip area and power dissipation of the ADC. The proposed ADC is designed and fabricated in s 0.8 um double-poly double-metal n-well CMOS technology. The measured differential and integral nonlinearities of the prototype ADC show less than ${\pm}0.6LSB\;and\;{\pm}2.0LSB$, respectively. The typical ADC power consumption is 119 mW at 3 V with a 40 MHz sampling rate, and 320 mW at 5 V with a 50 MHz sampling rate.
Park, Yong-Hyun;Lee, Kyung-Hoon;Choi, Hee-Cheol;Lee, Seung-Hoon
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.12
s.354
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pp.65-73
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2006
This work presents a 14b 200KS/s $0.87mm^2$ 1.2mW 0.18um CMOS algorithmic A/D converter (ADC) for intelligent sensors control systems, battery-powered system applications simultaneously requiring high resolution, low power, and small area. The proposed algorithmic ADC not using a conventional sample-and-hold amplifier employs efficient switched-bias power-reduction techniques in analog circuits, a clock selective sampling-capacitor switching in the multiplying D/A converter, and ultra low-power on-chip current and voltage references to optimize sampling rate, resolution, power consumption, and chip area. The prototype ADC implemented in a 0.18um 1P6M CMOS process shows a measured DNL and INL of maximum 0.98LSB and 15.72LSB, respectively. The ADC demonstrates a maximum SNDR and SFDR of 54dB and 69dB, respectively, and a power consumption of 1.2mW at 200KS/s and 1.8V. The occupied active die area is $0.87mm^2$.
Lim, Shin-Il;Kim, Jin Woo;Yoon, Kwang-Sub;Lee, Sangmin
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.13
no.2
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pp.108-113
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2013
This paper describes a low power asynchronous successive approximation register (SAR) type 12b analog-to-digital converter (ADC) for biomedical applications in a 0.35 ${\mu}m$ CMOS technology. The digital-to-analog converter (DAC) uses a capacitive split-arrays consisting of 6-b main array, an attenuation capacitor C and a 5-b sub array for low power consumption and small die area. Moreover, splitting the MSB capacitor into sub-capacitors and an asynchronous SAR reduce power consumption. The measurement results show that the proposed ADC achieved the SNDR of 68.32 dB, the SFDR of 79 dB, and the ENOB (effective number of bits) of 11.05 bits. The measured INL and DNL were 1.9LSB and 1.5LSB, respectively. The power consumption including all the digital circuits is 6.7 ${\mu}W$ at the sampling frequency of 100 KHz under 3.3 V supply voltage and the FoM (figure of merit) is 49 fJ/conversion-step.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.46
no.11
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pp.16-23
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2009
A 12b 10MS/s pipelined ADC with low DC gain amplifiers is presented. The pipelined ADC using a reference scaling technique is proposed to compensate the gain error in MDACs due to a low DC gain amplifier. To minimize the performance degradation of the ADC due to amplifier offset, the proposed offset trimming circuit is employed m the first-stage MDAC amplifier. Additional reset switches are used in all MDACs to reduce the memory effect caused by the low DC gain amplifier. The measured differential and integral non-linearities of the prototype ADC with 45dB DC gain amplifiers are less than 0.7LSB and 3.1LSB, respectively. The prototype ADC is fabricated in a $0.35{\mu}m$ CMOS process and achieves 62dB SNDR and 72dB SFDR with 2.4V supply and 10MHz sampling frequency while consuming 19mW power.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.53
no.7
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pp.17-26
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2016
This work proposes a 12b 60MS/s 0.18um CMOS Flash-SAR ADC for various systems such as wireless communications and portable video processing systems. The proposed Flash-SAR ADC alleviates the weakness of a conventional SAR ADC that the operation speed proportionally increases with a resolution by deciding upper 4bits first with a high-speed flash ADC before deciding lower 9bits with a low-power SAR ADC. The proposed ADC removes a sampling-time mismatch by using the C-R DAC in the SAR ADC as the combined sampling network instead of a T/H circuit which restricts a high speed operation. An interpolation technique implemented in the flash ADC halves the required number of pre-amplifiers, while a switched-bias power reduction scheme minimizes the power consumption of the flash ADC during the SAR operation. The TSPC based D-flip flop in the SAR logic for high-speed operation reduces the propagation delay by 55% and the required number of transistors by half compared to the conventional static D-flip flop. The prototype ADC in a 0.18um CMOS demonstrates a measured DNL and INL within 1.33LSB and 1.90LSB, with a maximum SNDR and SFDR of 58.27dB and 69.29dB at 60MS/s, respectively. The ADC occupies an active die area of $0.54mm^2$ and consumes 5.4mW at a 1.8V supply.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.45
no.3
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pp.60-68
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2008
This work describes a re-configurable 10MS/s to 100MS/s, low-power 10b two-step pipeline ADC operating at a power supply from 0.5V to 1.2V. MOS transistors with a low-threshold voltage are employed partially in the input sampling switches and differential pair of the SHA and MDAC for a proper signal swing margin at a 0.5V supply. The integrated adjustable current reference optimizes the static and dynamic performance of amplifiers at 10b accuracy with a wide range of supply voltages. A signal-isolated layout improves the capacitor mismatch of the MDAC while a switched-bias power-reduction technique reduces the power dissipation of comparators in the flash ADCs. The prototype ADC in a 0.13um CMOS process demonstrates the measured DNL and INL within 0.35LSB and 0.49LSB. The ADC with an active die area of $0.98mm^2$ shows a maximum SNDR and SFDR of 56.0dB and 69.6dB, respectively, and a power consumption of 19.2mW at a nominal condition of 0.8V and 60MS/s.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.15
no.6
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pp.467-474
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1990
In this paper, the circuit that has characteristics of high speed and low dissipation is described. A 4:1 parallel ADC is constructed by using the designed SCFL(Source Coupled FET Logic). The results of simulation shows that comparators is obtained integrated nonlinearity, $\pm$28mV, compared with limiting value, $\pm$68mV, at 66NHz input signal and 2Gs/s Niquist rates and this paper describes low power dissipation about 0.43W by reducing the elements in a ADC design.
Kim, Hwa-Young;Ryu, Jang-Woo;Jung, Min-Chul;Sung, Man-Young
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.11a
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pp.57-60
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2004
This paper presents multibit Sigma-Delta ADC using Leslie-Singh Structure to Improve nonlinearity of feedback loop. 4-bit flash ADC for multibit Quantization in Sigma Delta modulator offers the following advantages such as lower quantization noise, more accurate white-noise level and more stability over single quantization. For the feedback paths consisting of DAC, the DAC element should have a high matching requirement in order to maintain the linearity performance which can be obtained by the modulator with a multibit quantizer. Thus a Sigma-Delta ADC usually adds the dynamic element matching digital circuit within feedback loop. It occurs complexity of Sigma-Delta Circuit and increase of power dissipation. In this paper using the Leslie-Singh Structure for improving nonliearity of ADC. This structure operate at low oversampling ratio but is difficult to achieve high resolution. So in this paper propose improving loop filter for single-bit feedback multi-bit quantization Sigma-Delta ADC. It obtained 94.3dB signal to noise ratio over 615kHz bandwidth, and 62mW power dissipation at a sampling frequency of 19.6MHz. This Sigma Delta ADC is fabricated in 0.25um CMOS technology with 2.5V supply voltage.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.45
no.3
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pp.69-76
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2008
This work proposes a 12b 1kS/s 65uA 0.35um CMOS algorithmic ADC 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. Two versions of ADCs are fabricated with a conventional open-loop sampling scheme and a closed-loop sampling scheme to investigate the effects of offset and 1/f noise during dynamic operation. Switched bias power-reduction techniques and bias circuit sharing reduce the power consumption of amplifiers in the SHA and MDAC. The current and voltage references are implemented on chip with optional of-chip voltage references for low-power SoC applications. The prototype ADC in a 0.35um 2P4M CMOS technology demonstrates a measured DNL and INL within 0.78LSB and 2.24LSB, and shows a maximum SNDR and SFDR of 60dB and 70dB in versionl, and 63dB and 75dB in version2 at 1kS/s. The versionl and version2 ADCs with an active die area of $0.78mm^2$ and $0.81mm^2$ consume 0.163mW and 0.176mW at 1kS/s and 2.5V, respectively.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.48
no.9
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pp.31-39
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2011
In this paper, we propose a signal readout system with small area and low power consumption for CNT sensor arrays. The proposed system consists of signal readout circuitry, a digital controller, and UART I/O. The key components of the signal readout circuitry are 64 transimpedance amplifiers (TIA) and SAR-ADC with 11-bit resolution. The TIA adopts an active input current mirror (AICM) for voltage biasing and current amplification of a sensor. The proposed architecture can reduce area and power without sampling rate degradation because the 64 TIAs share a variable gain amplifier (VGA) which needs large area and high power due to resistive feedback. In addition, the SAR-ADC is designed for low power with modified algorithm where the operation of the lower bits can be skipped according to an input voltage level. The operation of ADC is controlled by a digital controller based on UART protocol. The data of ADC can be monitored on a computer terminal. The signal readout circuitry was designed with 0.13${\mu}m$ CMOS technology. It occupies the area of 0.173 $mm^2$ and consumes 77.06${\mu}W$ at the conversion rate of 640 samples/s. According to measurement, the linearity error is under 5.3% in the input sensing current range of 10nA - 10${\mu}A$. The UART I/O and the digital controller were designed with 0.18${\mu}m$ CMOS technology and their area is 0.251 $mm^2$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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