어쿠스틱 센서 IC용 4차 단일 비트 연속 시간 시그마-델타 모듈레이터

Abstract

본 논문에서는 어쿠스틱 센서 IC 용 연속 시간 시그마-델타 모듈레이터를 구현하였다. 모듈레이터의 전력 소모를 최소화하기 위해 summing 단의 필요성을 제거한 피드-포워드 (feed-forward) 구조로 설계 하였으며, 해상도를 높이기 위해 선형성이 우수한 active-RC 필터를 사용하여 설계 하였다. 또한 초과 루프 지연 시간 (excess loop delay) 에 의한 성능 저하를 방지하기 위한 회로 기법을 제안 하였다. 저 전압, 고 해상도의 4차 단일 비트 연속 시간 시그마-델타 모듈레이터는 0.13 ㎛ 1 poly 8 metal CMOS 표준 공정으로 제작하였으며 코어 크기는 0.58 ㎟ 이다. 시뮬레이션 결과 25 ㎑ 의 신호 대역 내에서 91.3 ㏈ 의 SNR(signal to noise ratio)을 얻었고 전체 전력 소모는 290 ㎼ 임을 확인하였다.

This paper presents the design of continuous-time sigma-delta modulator for acoustic sensor. The feedforward structure without summing block is used to reduce power consumption of sigma-delta modulator. A high-linearity active-RC filter is used to improve resolution of sigma-delta modulator. Excess loop delay problem in conventional continuous-time sigma-delta modulators is solved by our proposed architecture. A low power, high resolution fourth-order continuous-time sigma-delta modulator with 1-bit quantization was realized in a 0.13-㎛, 1-poly 8-metal CMOS technology, with a core area of 0.58 ㎟. Simulation results show that the modulator achieves 91.3-㏈ SNR over a 25-㎑ signal bandwidth with an oversampling ratio of 64, while dissipating 290 ㎼ from a 3.3-V supply.