Thiết kế và mô phỏng bộ chuyển đổi tương tự sang số 15-bit sử dụng thanh ghi xấp xỉ kế tiếp trên Matlab
392 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.87.2023.1-8Từ khóa:
Bộ chuyển đổi tương tự - số; Thanh ghi xấp xỉ kế tiếp; Trọng số nhị phân với giảm tụ điện.Tóm tắt
Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC) được sử dụng rộng rãi để theo dõi các đặc tính lâu dài của tín hiệu trong mạng cảm biến không dây và các thiết bị điện tử chăm sóc sức khỏe. Điều quan trọng trong các ứng dụng này là sử dụng bộ ADC tiết kiệm năng lượng để kéo dài tuổi thọ pin. Bài báo này trình bày một thanh ghi xấp xỉ kế tiếp (SAR) 15-bit ADC để sử dụng trong các hệ thống y sinh. Để giảm thiểu công suất và diện tích chuyển đổi dựa trên các yêu cầu về độ tuyến tính, thiết kế bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự đa phân đoạn và chuyển mạch hỗn hợp được đề xuất. SAR ADC đề xuất được mô phỏng bằng cách sử dụng Simulink của Matlab. Kết quả mô phỏng cho thấy, ADC đạt được 14.78 bit số bit hiệu dụng (ENoB), 111.5 dB dải động không giả nhiễu(SFDR) với 90.74 dB tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) ở tốc độ lấy mẫu 10 MHz.
Tài liệu tham khảo
[1]. P. Fiedler, R. Mühle, S. Griebel, P. Pedrosa, C. Fonseca, F. Vaz, F. Zanow, and J. Haueisen, “Contact pressure and flexibility of multipin dry EEG electrodes” IEEE Trans. Neural Systems and Rehabilitation Engineering., vol. 26, no. 4, pp. 750–757, (2018). DOI: https://doi.org/10.1109/TNSRE.2018.2811752
[2]. X. T. Pham, N. T. Nguyen, V. -N. Nguyen and J. -W. Lee, “Area and Power-Efficient Capacitively-Coupled Chopper Instrumentation Amplifiers in 28 nm CMOS for Multi-Channel Biosensing Applications,” in IEEE Access, vol. 9, pp. 86773-86785, (2021). DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3087737
[3]. X. T. Pham, V. -N. Nguyen, J. -S. Kim and J. -W. Lee, “A 0.52 μW, 38 nV/√Hz Chopper Amplifier With a Low-Noise DC Servo Loop, an Embedded Ripple Reduction Loop, and a Squeezed Inverter Stage,” in IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 68, no. 6, pp. 1793-1797, (2021). DOI: https://doi.org/10.1109/TCSII.2020.3045491
[4]. B. Murmann, "The Race for the Extra Decibel: A Brief Review of Current ADC Performance Trajectories," in IEEE Solid-State Circuits Magazine, vol. 7, no. 3, pp. 58-66, (2015). DOI: https://doi.org/10.1109/MSSC.2015.2442393
[5]. Y. Chen et al., "Split capacitor DAC mismatch calibration in successive approximation ADC," 2009 IEEE Custom Integrated Circuits Conference, pp. 279-282, (2009). DOI: https://doi.org/10.1109/CICC.2009.5280859
[6]. A. Agnes, E. Bonizzoni, P. Malcovati and F. Maloberti, "A 9.4-ENOB 1V 3.8μW 100kS/s SAR ADC with Time-Domain Comparator," 2008 IEEE International Solid-State Circuits Conference - Digest of Technical Papers, pp. 246-610, (2008). DOI: https://doi.org/10.1109/ISSCC.2008.4523149
[7]. Y. Li, and Y. Lian, “Improved binary-weighted split-capacitive-array DAC for high-resolution SAR ADCs”, Electronics Letter, 50, (17), pp. 1194–1195, (2014). DOI: https://doi.org/10.1049/el.2014.1752
[8]. N. Verma and A. P. Chandrakasan, “An ultra low energy 12-bit rate resolution scalable SAR ADC for wireless sensor node,” IEEE J. SolidState Circuits, vol. 42, no. 6, pp. 1196–1205, (2007). DOI: https://doi.org/10.1109/JSSC.2007.897157
[9]. S. Gambini and J. Rabaey, “Low-power successive approximation converter with 0.5 supply in 90 nm CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 42, no. 11, pp. 2348–2356, (2007). DOI: https://doi.org/10.1109/JSSC.2007.906210
[10]. Md.Kareemoddin, A. Ashok Kumar, Dr. Syed Musthak Ahmed, “Design of low power SAR ADC in Biomedical Applications”, International Journal of Advanced Research in Computer Engineering & Technology (IJARCET) Volume 2, Issue 7, (2013).
[11]. Saberi, M., Lotfi, R., Mafinezhad, K., and Serdijn, W.A.: “Analysis of power consumption and linearity in capacitive digital-to-analog converters used in successive approximation ADCs”, IEEE Trans. Circuits Syst. I, 58, (8), pp. 1736–1748, (2011). DOI: https://doi.org/10.1109/TCSI.2011.2107214
[12]. H. Gao et al., “HermesE: A 96-channel full data rate direct neural interface in 0.13 µm CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 47, no. 4, pp. 1043–1055, (2012). DOI: https://doi.org/10.1109/JSSC.2012.2185338
[13]. T. Wakimoto, H. Li, and K. Murase, “Statistical analysis on the effect of capacitance mismatch in a high-resolution successive-approximation ADC,” IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 6(S1), S89–S93, (2010). DOI: https://doi.org/10.1002/tee.20625
[14]. B. P. Ginsburg and A. P. Chandrakasan, "500-MS/s 5-bit ADC in 65-nm CMOS With Split Capacitor Array DAC," in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 42, no. 4, pp. 739-747, (2007). DOI: https://doi.org/10.1109/JSSC.2007.892169
[15]. Ying-Zu Lin, Soon-Jyh Chang, Yen-Ting Liu, Chun-Cheng Liu and Guang-Ying Huang, "A 5b 800MS/s 2mW asynchronous binary-search ADC in 65nm CMOS," 2009 IEEE International Solid-State Circuits Conference - Digest of Technical Papers, pp. 80-81,81a, (2009). DOI: https://doi.org/10.1109/ISSCC.2009.4977317
[16]. Wei Mao, Yongfu Li, Chun-Huat Heng, Yong Lian, “A Low Power 12-bit 1-kS/s SAR ADC for Biomedical Signal Processing”, 2019 IEEE transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 66, pp.477-488, (2018). DOI: https://doi.org/10.1109/TCSI.2018.2859837
