南京邮电大学学报(自然科学版)2024,Vol.44Issue(1) :13-19.DOI:10.14132/j.cnki.1673-5439.2024.01.002

超小面积超低功耗9位模数转换器

Design of small area and ultra low power 9b-ADC

马源 王学诚 张沕琳
南京邮电大学学报(自然科学版)2024,Vol.44Issue(1) :13-19.DOI:10.14132/j.cnki.1673-5439.2024.01.002

超小面积超低功耗9位模数转换器

Design of small area and ultra low power 9b-ADC

马源 1王学诚 1张沕琳1
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作者信息

  • 1. 清华大学电子工程系,北京 100084
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摘要

设计了一种40 nm CMOS技术下的9位差分逐次逼近式(SAR)模数转换器(ADC).通过理论推导计算电容器失配误差和寄生效应的影响,结合MATLAB软件特点建立了快速蒙特卡洛仿真模型,模型可根据ADC各项关键参数约束,实现多结构性能比较算法.根据工艺参数和版图提取信息,将实际参数代回仿真模型进行快速验证,极大降低了架构调整带来的迭代成本.最终实现的ADC硅片面积仅为0.004 3 mm2,在125 kS/s采样率下测得的功耗开销仅为360 nW,对于2.6 kHz的1.8 Vpp输入信号实现了 8.4 bit的有效位数(ENoB)和68.8 dB的无杂散动态范围(SFDR).

Abstract

This paper presents a 9-bit differential successive approximation(SAR)analog-to-digital converter(ADC)based on 40 nm CMOS technology.The influences of the capacitor mismatch error and the parasitic effect are calculated through theoretical deduction,and simulated by a fast MATLAB Monte Carlo simulation model.The model can implement multi-structure performance comparison algorithms according to the constraints of various key parameters of the ADC.Based on the layout extraction,the actual parameters are brought back to the simulation model for rapid verification,which greatly reduces the iteration cost caused by architecture adjustment.The silicon chip area of the proposed ADC is only 0.0043 mm2,and the power consumption measured at a sampling rate of 125 kS/s is only 360 nW.For a 1.8 Vpp input signal of 2.6 kHz,an effective number of bits(ENoB)of 8.4 bit and 68.8 dB of spurious-free dynamic range(SFDR)are achieved.

关键词

模数转换器/逐次逼近式/超低功耗/生物传感系统

Key words

analog-to-digital converter(ADC)/successive approximation register(SAR)/ultra-low power/biosensing system

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基金项目

国家重点研发计划(2018YFB2202000)

出版年

2024
南京邮电大学学报(自然科学版)
南京邮电大学

南京邮电大学学报(自然科学版)

CSTPCD北大核心
影响因子:0.486
ISSN:1673-5439
参考文献量19
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