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 and Information Engineers
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v.54
no.6
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pp.30-39
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2017
A digital calibration technique based on digital-domain averaging for cyclic ADC is proposed. The proposed calibration compensates for nonlinearity of ADC due to capacitance mismatch of capacitors in 1.5-bit/stage MDAC. A 1.5-bit/stage MDAC with non-matched capacitors has symmetric residue plots with respect to the ideal residue plot. This intrinsic characteristic of residue plot of MDAC is reflected as symmetric A/D transfer functions. A corrected A/D transfer function can be acquired by averaging two transfer functions with non-linearity, which are symmetric with respect to the ideal analog-digital transfer function. In order to implement the aforementioned averaging operation of analog-digital transfer functions, a 12-bit cyclic ADC of this work defines two operational modes of 1.5-bit/stage MDAC. By operating MDAC as the first operational mode, the cyclic ADC acquires 12.5-bits output code with nonlinearity. For the same sampled input analog voltage, the cyclic ADC acquires another 12.5-bits output code with nonlinearity by operating MDAC as the second operational mode. Since analog-digital transfer functions from each of operational mode of 1.5-bits/stage MDAC are symmetric with respect to the ideal analog-digital transfer function, a corrected 12-bits output code can be acquired by averaging two non-ideal 12.5-bits codes. The proposed digital calibration and 12-bit cyclic ADC are implemented by using a $0.18-{\mu}m$ CMOS process in the form of full custom. The measured SNDR(ENOB) and SFDR are 65.3dB (10.6bits) and 71.7dB, respectively. INL and DNL are measured to be -0.30/-0.33LSB and -0.63/+0.56LSB, respectively.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.13
no.3
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pp.184-196
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2020
In this paper, a single-bit 2nd-order delta-sigma modulator with the architecture of cascaded-of-integrator feedforward (CIFF) is proposed for precision measurement of current flowing through a secondary cell battery in a battery management system (BMS). The proposed modulator implements two switched capacitor integrators and a single-bit comparator with peripheral circuits such as a non-overlapping clock generator and a bias circuit. The proposed structure is designed to be applied to low-side current sensing method with low common mode input voltage. Using the low-side current measurement method has the advantage of reducing the burden on the circuit design. In addition, the ±30mV input voltage is resolved by the ADC with 15-bit resolution, eliminating the need for an additional programmable gain amplifier (PGA). The proposed a single-bit 2nd-order delta-sigma modulator has been implemented in a 350-nm CMOS process. It achieves 95.46-dB signal-to-noise-and-distortion ratio (SNDR), 96.01-dB spurious-free dynamic range (SFDR), and 15.56-bit effective-number-of-bits (ENOB) with an oversampling ratio (OSR) of 400 for 5-kHz bandwidth. The area and power consumption of the delta-sigma modulator are 670×490 ㎛2 and 414 ㎼, respectively.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.19
no.1
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pp.149-155
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2015
This paper proposes 5-MS/s 10-bit digital-to-analog converter(DAC) with the improved linearity. The proposed DAC consists of a 10-bit R-2R-based DAC, an output buffer using a differential voltage amplifier with rail-to-rail input range, and a band-gap reference circuit for the bias voltage. The linearity of the 10-bit R-2R DAC is improved as the resistor of 2R is implemented by including the turn-on resistance of an inverter for a switch. The output voltage range of the DAC is determined to be $2/3{\times}VDD$ from an rail-to-rail output voltage range of the R-2R DAC using a differential voltage amplifier in the output buffer. The proposed DAC is implemented using a 1-poly 8-metal 130nm CMOS process with 1.2-V supply. The measured dynamic performance of the implemented DAC are the ENOB of 9.4 bit, SNDR of 58 dB, and SFDR of 63 dBc. The measured DNL and INL are less than +/-0.35 LSB. The area and power consumption of DAC are $642.9{\times}366.6{\mu}m^2$ and 2.95 mW, respectively.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.4
no.3
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pp.189-193
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2015
This paper provides the design techniques of a successive approximation register (SAR) type 12b analog-to-digital converter (ADC) for distributed maximum power point tracking (DMPPT) control in a photovoltaic system. Both a top-plate sampling technique and a $V_{CM}$-based switching technique are applied to the 12b capacitor digital-to-analog converter (CDAC). With these techniques, we can implement a 12b SAR ADC with a 10b capacitor array digital-to-analog converter (DAC). To enhance the accuracy of the ADC, a single-to-differential converted DAC is exploited with the dual sampling technique during top-plate sampling. Simulation results show that the proposed ADC can achieve a signal-to-noise plus distortion ratio (SNDR) of 70.8dB, a spurious free dynamic range (SFDR) of 83.3dB and an effective number of bits (ENOB) of 11.5b with bipolar CMOS LDMOD (BCDMOS) $0.35{\mu}m$ technology. Total power consumption is 115uW under a supply voltage of 3.3V at a sampling frequency of 1.25MHz. And the figure of merit (FoM) is 32.68fJ/conversion-step.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.4
no.3
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pp.183-188
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2015
A 10-bit 10MS/s low power consumption successive approximation register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) using a straightforward capacitive digital-to-analog converter (DAC) is presented in this paper. In the proposed capacitive DAC, switching is always straightforward, and its value is half of the peak-to-peak voltage in each step. Also the most significant bit (MSB) is decided without any switching power consumption. The application of the straightforward switching causes lower power consumption in the structure. The input is sampled at the bottom plate of the capacitor digital-to-analog converter (CDAC) as it provides better linearity and a higher effective number of bits. The comparator applies adaptive power control, which reduces the overall power consumption. The differential prototype SAR ADC was implemented with $0.18{\mu}m$ complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) technology and achieves an effective number of bits (ENOB) of 9.49 at a sampling frequency of 10MS/s. The structure consumes 0.522mW from a 1.8V supply. Signal to noise-plus-distortion ratio (SNDR) and spurious free dynamic range (SFDR) are 59.5 dB and 67.1 dB and the figure of merit (FOM) is 95 fJ/conversion-step.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.12
no.1
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pp.1-9
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2012
A 10-b 500 MS/s A/D converter (ADC) with a hybrid calibration and error correction logic is described. The ADC employs a single-channel cascaded folding-interpolating architecture whose folding rate (FR) is 25 and interpolation rate (IR) is 8. To overcome the disadvantage of an offset error, we propose a hybrid self-calibration circuit at the open-loop amplifier. Further, a novel prevision digital error correction logic (DCL) for the folding ADC is also proposed. The ADC prototype using a 130 nm 1P6M CMOS has a DNL of ${\pm}0.8$ LSB and an INL of ${\pm}1.0$ LSB. The measured SNDR is 52.34-dB and SFDR is 62.04-dBc when the input frequency is 78.15 MHz at 500 MS/s conversion rate. The SNDR of the ADC is 7-dB higher than the same circuit without the proposed calibration. The effective chip area is $1.55mm^2$, and the power dissipates 300 mW including peripheral circuits, at a 1.2/1.5 V power supply.
Kim, Min-Jung;Bae, Hyuen-Hee;Yoon, Jin-Sik;Lee, Seung-Hoon
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.3
no.4
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pp.211-216
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2003
This work describes a 3 V 12b 100 MS/s CMOS digital-to-analog converter (DAC) for high-speed communication system applications. The proposed DAC is composed of a unit current-cell matrix for 8 MSBs and a binary-weighted array for 4 LSBs, trading-off linearity, power consumption, chip area, and glitch energy with this process. The low-glitch switch driving circuits are employed to improve linearity and dynamic performance. Current sources of the DAC are laid out separately from the current-cell switch matrix core block to reduce transient noise coupling. The prototype DAC is implemented in a 0.35 um n-well single-poly quad-metal CMOS technology and the measured DNL and INL are within ${\pm}0.75$ LSB and ${\pm}1.73$ LSB at 12b, respectively. The spurious-free dynamic range (SFDR) is 64 dB at 100 MS/s with a 10 MHz input sinewave. The DAC dissipates 91 mW at 3 V and occupies the active die area of $2.2{\;}mm{\;}{\times}{\;}2.0{\;}mm$
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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v.36D
no.6
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pp.87-96
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1999
For analog optical transmission of narrow-band microwave signal, a novel all-optical linearization technique of electro-absorption (EA) optical modulator by using dual modulation scheme is proposed and theoretically investigated. By using the dual modulation scheme where the sub-modulator has a different length, DC bias and band-gap wavelength, the DC bias operation point where the third-order intermodulation products of ~30dB and the following increase of spurious free dynamic range (SFDR) of ~20dB wave achieved in sub-octave narrow band operation.
Abbasizadeh, Hamed;Rikan, Behnam Samadpoor;Lee, Dong-Soo;Hayder, Abbas Syed;Lee, Kang-Yoon
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.3
no.6
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pp.416-424
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2014
This paper presents an 8-bit pipelined analog-to-digital converter. The supply voltage applied for comparators and other sub-blocks of the ADC were 0.7V and 0.5V, respectively. This low power ADC utilizes the capacitive charge pump technique combined with a source-follower and calibration to resolve the need for the opamp. The differential charge pump technique does not require any common mode feedback circuit. The entire structure of the ADC is based on fully dynamic circuits that enable the design of a very low power ADC. The ADC was designed to operate at 1MS/s in 90nm CMOS process, where simulated results using ADS2011 show the peak SNDR and SFDR of the ADC to be 47.8 dB (7.64 ENOB) and 59 dB respectively. The ADC consumes less than 1mW for all active dynamic and digital circuitries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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