SAR ADC for low energy small area healthcare sensor is introduced. Two SAR ADCs are proposed for each purpose respectively. One is focused on low energy consumption and appropriate for power limited application. The other is focused on small area and appropriate for low cost disposable sensor or multi-channel application. First of all, A 40fJ/c-s, 1V, 10bit SAR ADC is presented for energy constrained sensor network application. The proposed dual sampling capacitive DAC topology enables switching energy reduction by 62% compared with conventional SAR ADC. It is fabricated in 0.18um 1P6M CMOS technology and occupies 0.52mm2 including pads. It dissipates only 1.1uW with 1V supply voltage while operating at 100kS/s. Second, Low Area SAR ADC is presented. The proposed stacked capacitor SAR ADC enables power × area reduction by 66.3% compared with conventional SAR ADC.
본 논문에서는 저에너지 저면적 헬스케어 센서를 위한 SAR ADC를 제안한다. 다양한 바이오 메디컬 응용분야에서 각자에 맞는 다양한 동작 조건을 요구하고 있다. 이러한 동작 조건 가운데, ADC의 동작 조건을 살펴보면, 100kS/s 이하의 sampling rate, 8b 또는 12b의 resolution, 0.3uW에서 100uW의 파워 레벨을 요구하고 있다. 다양한 ADC 종류 가운데, SAR ADC는 이러한 동작 조건에 알맞다. 본 논문에서는, 각 목적에 맞는 두 개의 SAR ADC를 제안한다.
첫 번째로, 파워가 극히 한정된 응용분야에 사용할 수 있는 Dual-Sampling SAR ADC를 제안한다. 이것은 SAR ADC내에서 capacitive DAC의 스위칭 에너지에 초점을 맞추었다. 제안된 Dual-Sampling capacitive DAC topology는 흔히 알려진 기본적인 SAR ADC에 비해 62% 의 스위칭 에너지 감소를 가져왔다. 이것은 0.18um 1P6M CMOS 공정 하에서 실제 설계되었으며, 패드면적을 포함하여 0.52mm2의 면적을 차지한다. 이것은 100kS/s로 동작하는 동안 1V supply 에서 1.1uW를 소모한다. 이것은 40fJ/conversion-step의 FOM을 가진다.
두 번째로, 일회용의 저가 센서 또는 다채널 응용분야에 적합한 Stacked-Capacitor SAR ADC가 제안되었다. Stacked-Capacitor SAR ADC는 저면적에 초점을 맞추었으며 결과적으로 일반적인 SAR ADC에 비하여 파워 면적 곱이 66.3% 감소하는 것을 확인하였다.