헬스케어 센서용 초저전력 고해상도 델타-시그마 모듈레이터 설계

Abstract

국문요지

최근 현대 디지털 시스템에서는 고해상도 아날로그-디지털 변환기(ADC) 의 수요가 급증하고 있다. 이는 음성 및 음악 신호처리, 센서 인터페이스, 모 터 제어, 레이더, 통신 시스템 등 다양한 응용 분야에서 정교하고 정확한 디 지털 신호 처리가 필수적으로 요구되기 때문이다. 본 논문에서는 높은 해상도를 가지는 3차 델타-시그마 기법을 사용하여 두 가지 응용분야에 관하여 연구를 진행하였다. 헬스케어 센서용을 위한 저전 력에서 동작하며 높은 해상도의 성능을 가지는 아날로그-디지털 변환기 (Analog to digital converter, ADC) 회로와 고속 회로에서의 지터 측정을 위 한 델타-시그마 기법을 활용한 시간-디지털 변환기(Time to digital converter, TDC) 회로를 소개한다. ADC회로와 TDC회로는 28nm CMOS 공정을 이용하여 설계를 진행하였 다. ADC 회로의 oversampling ratio(OSR)은 40이고 샘플링 주파수는 500kHz로 동작한다. 100~5kHz 신호 대역에서 signal-to-noise-ratio (SNR)은 105.1dB를 달성하였고 공급 전압 1V에서 18.1uW 전력을 소모하 며 칩의 면적은 0.3311mm2을 가진다. TDC 회로의 OSR은 50이고 샘플링 주파수는 250MHz로 동작한다. 1MHz 주파수 대역에서 노이즈 플로우는 - 132.12dB이고 공급 전압 1V에서 11.61mW 전력을 소모하며 칩의 면적은 0.1188mm2을 가진다.