Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
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Design of Reconfigurable 12~14-bit Hybrid SAR-SS Analog to Digital Converter with SS Bit Shifting Method

싱글 슬로프 비트 이동 방법을 사용한 12~14-bit 재구성 가능 SAR-SS 하이브리드 ADC 설계

  • Cheol-Woo Moon (Dept. of Electrical & Computer Engineering, INHA University) ;
  • Kwang Sub Yoon (Dept. of Electrical & Computer Engineering, INHA University)
  • Received : 2023.04.27
  • Accepted : 2023.06.23
  • Published : 2023.06.30
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Abstract

This paper proposes a low-power, high-resolution reconfigurable hybrid ADC for bio-electrical signal processing. The proposed ADC contains a SAR ADC designed to be reconfigurable with a resolution of 8 to 10 bits for the most significant bit (MSB) and a 4-bit single-slope ADC for the least significant bit (LSB). The resolution reconfiguration is implemented by performing bit shifting operations to align the 4-bit resolution of the single-slope ADC with the resolution of the SAR ADC. The proposed ADC is designed using a CMOS 28nm 1-poly 8-metal process, and the layout area is 1180um × 550um. Simulation results demonstrate a power consumption of 32.7uW, which includes 24.8uW for analog power and 7.9uW for digital power. The INL/DNL measures ±1.5LSB / ±1.5LSB, respectively. The ENoB and FoM are measured to be 11.9 bits and 25.6fJ/step, respectively.

본 논문은 생체 전기 신호 처리를 위한 저전력 고해상도의 재구성 가능한 하이브리드 ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 최상위 비트(MSB)를 처리하는 SAR ADC와 최하위 비트(LSB)를 처리하는 싱글 슬로프 ADC로 구성되어 있다. 싱글 슬로프 ADC의 해상도에 따라 기하급수적으로 증가하는 샘플링 속도 문제를 해결하기 위해, SAR ADC는 8~10비트로 재구성 가능하도록 설계되었으며, 싱글 슬로프 ADC는 4비트 해상도로 구성되었다. 이러한 해상도 재구성을 위해, 싱글 슬로프 ADC의 4비트 디지털 코드를 SAR ADC의 해상도에 맞추기 위해 비트 이동 연산을 수행하는 비트 이동 방식을 구현하였다. 제안된 ADC는 CMOS 28nm 1-poly 8-metal 공정을 사용하여 설계되었으며, 레이아웃 면적은 1180um × 550um이다. 시뮬레이션 결과에서 전력 소모는 32.7uW로, 이는 아날로그 전력 24.8uW와 디지털 전력 7.9uW를 포함한다. INL/DNL은 각각 ±1.5LSB / ±1.5LSB이다. ENoB와 FoM은 각각 11.9비트와 25.6fJ/step으로 측정되었다.

Keywords

Acknowledgement

This work was supported by the National Research Foundation of Korea(NRF) grant funded by the Korea government (Ministry of Education)(No. 2021R1F1A1049023). The chip fabrication and EDA tool were supported by the IC Design Education Center(IDEC), Korea.

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