Abstract
In this paper, in order to design the A / D converter with a high resolution of 14 bits or more for the biological signal processing, CMOS delta sigma modulator that is a 1.8V power supply voltage - were designed. we propose a new structure of The fourth order delta-sigma modulator that needs four op amps but we use only two op amps. By using a time -interleaving technique, we can re-construct the circuit and reuse the op amps. Also, we proposed a KT/C noise reduction circuit to reduce the thermal noise from a noisy resistor. We adjust the size of sampling capacitor between sampling time and integrating time, so we can reduce almost a half of KT/C noise. The measurement results of the chip is fabricated using a Magna 0.18um CMOS n-well1 poly 6 metal process. Power consumption is $828{\mu}W$ from a 1.8V supply voltage. The peak SNDR is measured as a 75.7dB and 81.3dB of DR at 1kHz input frequency and 256kHz sampling frequency. Measurement results show that KT/C noise reduction circuit enhance the 3dB of SNDR. FOM of the circuit is calculated to be 142dB and 41pJ / step.
본 논문에서는 생체 신호 처리를 위한 14비트 이상의 고 해상도를 갖는 A/D 변환기 설계를 위하여 공급 전압이 1.8V인 CMOS 델타-시그마 변조기를 설계하였다. 본 논문에서 제안하는 4차 델타 시그마 변환기는 타임 인터리빙 기술을 이용하여 회로를 시간에 따라 재구성해 연산증폭기를 재사용하는 구조를 통해 차수에 따라 4개의 연산증폭기가 필요한 회로를 2개의 연산증폭기 만으로 구동 시켰다. 또한 스위치드 커패시터 적분기 구조상의 특징인 샘플링 시간과 적분 시간의 동작에 따라 샘플링 커패시터의 크기를 조절함으로서 저항 성분으로부터 발생하는 열잡음인 KT/C 잡음을 감소시킬 수 있는 회로를 제안하였다. 제안한 델타-시그마 변조기는 Magna 0.18um CMOS n-well 1 폴리 6메탈 공정을 이용하여 제작되었으며 제작된 칩의 측정 결과 전력소모는 1.8V 전원 전압에서 $828{\mu}W$이고 샘플링 및 입력 주파수가 256KHz, 1KHz일 때 최대 SNDR은 75.7dB, DR은 81.3dB로 측정되었다. KT/C 잡음 저감 회로가 적용되지 않은 회로에서는 최대 SNDR이 72.1dB 로 측정되어 KT/C 잡음 저감 회로가 적용되었을 때 약 3dB정도의 성능 향상을 나타내었다. 회로의 FOM은 41pJ/step과 142dB로 계산되었다.
