This thesis introduces a 0.18㎛ CMOS 1.2V 340nW 10b 10kS/s SAR ADC with internal supply step-down. Appropriate applications of this ADC are WSN(Wireless Sensor Node) and biomedical. To achieve low power consumption, supply voltage of ADC is reduced to 0.6V by internal switched capacitor DC/DC converter(SC DC/DC converter). Many issues under low supply voltage are solved. To scale input signal from 1.2V to 0.6V, S/H samples analog input signal using only half capacitors of S/H. Double boosting technique resolves switch turn-on problem come from 0.6V supply voltage. Optimum channel length of MOSFETs is adopted to minimize digital power consumption. SC DC/DC converter generates supply voltage of 0.6V from external supply voltage of 1.2V efficiently. Code decision error caused by reference fluctuation is corrected by advanced addition-only digital error correction. Simulation results show that SFDR, SNDR, ENOB are 70.4dB, 60.3dB and 9.7bit at Nyquist input frequency, respectively. The figure-of-merit (FOM) is 40.4fJ including SC DC/DC converter. According to measurement results, comparator noise restricts dynamic performance.
본 논문은 0.18um CMOS 공정을 이용하여 내부 전원 전압 감소 회로를 내장한 1.2V 340nW 10b 10kS/s SAR ADC를 소개한다. 본 논문의 ADC의 적절한 응용으로는 무선센서노드와 바이오메디컬 분야가 있다. 저전력 소모를 구현하기 위해서 ADC의 전원 전압을 SC 직류/직류 변환기를 이용하여 0.6V로 낮추었다. 낮은 전원 전압에서 생기는 많은 문제점을 해결하였다. 입력 전압의 범위가 1.2V에서 0.6V로 줄어드는 문제를 해결하기 위해서 S/H를 이용하여 입력 전압 범위를 스케일링 하였다. 디지털 회로의 전력 소모를 줄이기 위해서 MOSFET의 최적의 채널 길이를 결정하였다. SC 직류/직류 변환기는 1.2V의 외부 전원 전압으로부터 0.6V의 내부 전원 전압을 효과적으로 변환한다. 레퍼런스 전압의 변화로 인한 코드 변환 에러는 디지털 에러 보정 기법을 사용하여 해결하였다. 시뮬레이션 결과 Nyquist 입력 주파수에서 SFDR, SNDR, ENOB이 각각 70.4dB, 60.3dB, 9.7bit으로 나왔다. FOM은 SC 직류/직류 변환기를 포함하여 40.4fJ이 나왔다. 측정결과 비교기의 노이즈가 동적 성능을 제한하는 것으로 나타났다.
