A low-power, energy-efficient adaptive analog front-end circuit is proposed and implemented from a single 0.9-V supply for digital hearing aid applications. It adopts the combined-gain-control (CGC) technique for accurate preamplification and the adaptive-SNR (ASNR) technique for improvement of dynamic range with low power consumption. The CGC technique integrates an automatic gain control technique and an exponential gain control technique to reduce power dissipation and to control both gain and threshold knee voltage facilely. The ASNR technique offers various kinds of signal-to-noise ratio (SNR) according to input amplitude in order to minimize power consumption and optimize the SNR by environmental monitoring. The proposed analog front-end circuit achieves 86-dB peak SNR while the input-referred noise voltage is 3.8-Vrms. It dissipates a minimum and maximum power of 59.4-μW and 74.7-μW, respectively. The core area is $0.5-mm^2$ in a 0.25-μm standard CMOS technology.
현대 사회에서 난청으로 인한 청각장애를 가지는 인구는 점점 증가하고 있으며, 이로 인해 저전력 디지털 보청기의 필요성이 커지고 있다.
일반적인 디지털 보청기에서 전력을 가장 많이 소모하는 부분은 analog front-end 부분이며 이는 preamplifier 와 Σ-Δ modulator 로 구성되어있다.
Analog front-end 의 전력 소모를 줄이기 위하여 preamplifier 는 외부 입력의 크기에 따라서 gain 및 threshold knee voltage를 자동적으로 조절할 수 있는 combined gain control 기법을 새로이 적용하고 이를 구현하였다.
또한 Σ-Δ modulator 에서의 소모 전력을 줄이기 위해 외부 입력의 크기에 따라서 Σ-Δ modulator 의 order 및 clock frequency 의 값을 자동적으로 조절함으로써 전력 소모를 최적화 하는 adaptive-SNR 기법을 적용하고 이를 구현하였다.
이를 통하여 전력 소모를 줄이고 에너지 효율을 높인 디지털 보청기용 analog front-end를 구현할 수 있었으며 이는 0.25-μm standard CMOS 공정으로 설계되었다.
구현된 analog front-end 의 첨두 신호 대 잡음 비는 86-dB 이며 입력 간섭 잡음 값은 3.8-Vrms 이다. 또한 단일 0.9-V 전원 전압을사용하였으며 전력 소모량은 외부 입력의 크기에 따라서 59.4-μW ~ 74.7-μW 로 측정되었다. Pad를 제외한 전체 analog front-end 의 면적은 $0.5-mm^2$ 이다.
