A 68μW 31kS/s Fully-Capacitive Noise-Shaping SAR ADC with 102 dB SNDR

Abstract

This paper presents a 17 bit analogue-to-digital converter that incorporates mismatch and quantisation noiseshaping techniques into an energy-saving 10 bit successive approximation quantiser to increase the dynamic range by another 42 dB. We propose a novel fully-capacitive topology which allows for high-speed asynchronous conversion together with a background calibration scheme to reduce the oversampling requirement by 10× compared to prior-art. A 0.18µm CMOS technology is used to demonstrate preliminary simulation results together with analytic measures that optimise parameter and topology selection. The proposed system is able to achieve a FoM S of 183 dB for a maximum signal bandwidth of 15.6 kHz while dissipating 68 µW from a 1.8 V supply. A peak SNDR of 102 dB is demonstrated for this rate with a 0.201 mm 2 area requirement.

A Review on Fundamentals of Noise-Shaping SAR ADCs and Design Considerations

“…The 21 st century has pushed the capabilities of any analog-to-digital converter (ADC) to the limit, caused by the growing demand for various applications in low-power devices and the need to extend the life of batteries [1][2][3]. In practice, both the applications and their respective requirements are an open problem because current developments are powered with low voltages (<1.1 V).…”

Revisión general de ADCs tipo Noise Shaping SAR: Fundamentos, retos y tendencias

“…El siglo XXI ha llevado al límite las capacidades de todo convertidor analógico-digital (ADC), provocado por la creciente demanda de diversas aplicaciones en dispositivos de bajo consumo y la necesidad de prolongar la vida útil de las baterías. Internet of Things (IoT) [1], los sistemas de imágenes ultrasónicas de alta resolución [2] o las interfaces para procesamiento de bioseñales [3] son ejemplo del enorme número de aplicaciones de comunicación que incluyen transductores, sensores y circuitos de acondicionamiento, por citar algunas áreas de oportunidad. En la práctica, tanto las aplicaciones como sus respectivos requerimientos son un problema abierto porque los desarrollos actuales se alimentan con bajo voltaje (< 1.1 V), haciendo que toda implementación sea sensible al ruido intrínseco (propio del sistema), y las no idealidades inherentes al sistema de conversión A/D.…”