반전기를 기반으로 한 2단 델타-시그마 아날로그 디지털 변환기

Abstract

IOT 산업의 발달로 인해 음성인식 기능을 사용하는 전자기기들의 수가 폭발적으로 증가하고 있다. 그 결과 이러한 전자기기들의 핵심 부품인 음성 센서의 중요성 또한 증가하고 있다. IOT 기기들은 보통 휴대용인 경우가 많기 때문에 주 공급 전력원이 배터리인 경우가 많다. 그 결과 장시간 운용을 위해 센서의 소비전력 또한 중요해지고 있다. ADC(analog-to-digital converter)에는 SAR ADC, pipeline ADC, Flash ADC등 많은 종류의 ADC가 있지만 음성 신호 대역에서는 델타-시그마 모듈레이터(delta-sigma modulator)가 적합하다[1]. 그 이유로는 낮은 속도의 샘플링 주파수를 가지고 있고, 또한 다른 ADC에 비해 높은 해상도를 달성 할 수 있기 때문이다. 델타-시그마 모듈레이터에서 높은 해상도를 얻기 위해선 여러 가지 방법이 있다. OSR(oversampling ratio)을 높이거나, 차수를 증가시키거나, 높은 비트 수의 양자화기를 쓰는 등의 보편적인 방법이 있다[2]. 본 논문에서는 2개의 ADC를 사용하여 noise-cancelling을 하는 MASH ADC 방식을 사용하였으며, 각 ADC는 반전기로 만들어져 있고, 2차 CIFB(cascade of integrator with feedback form) 방식을 사용하였다. 반전기를 OTA로 사용하여 소비전력을 줄였으며, 이를 다시 MASH 방식으로 2단을 구성하여 높은 해상도를 달성하였다. 본 ADC는 65-nm CMOS 공정을 사용하였으며, 20-kHz의 신호대역(band width) 에서 10.24-MHz 의 샘플링 주파수를 가지며, 93-dB의 SNR(signal noise ratio)을 달성하였다.; Due to the development of the IOT industry, the number of electronic devices using speech recognition has been exploding. As a result, the importance of audio codec, which are key components of these electronic devices, is also increasing. IOT devices are usually portable, so the main power source is a battery. As a result, the power consumption of the sensor is also becoming important for long-term operation. Although there are many kinds of ADCs such as SAR ADC, pipeline ADC, and Flash ADC in analog-to-digital converter (ADC), delta-sigma modulator is suitable for voice signal band. This is because it has a low sampling frequency and can achieve higher resolution than other ADCs. This paper proposes Inverter based MASH delta-sgima modulator for audio codec with a two second order CIFB (cascade of integrator with feedback form) structure. In order to achieve high SNR and low power, MASH structure and inverter is implemented. The modulator was implemented using a 28 nm CMOs process, SNR is 93-dB in a signal band of 20-kHz, sampling frequency is 10.24-MHz, power consumption is 2-mW, and supply voltage is 1-V.