This paper proposes an impedance-measurement integrated circuit (IC) that supports a high frequency range up to 10 MHz with low power consumption. The proposed IC extracts the magnitude and phase component of the target impedance, and a reference resistor is connected in series with the target impedance to provide a reference amplitude and time information without the delay of the voltage controlled current source of the transmitter. The chopper frequency-shift the input signal, which range above 100 kHz, to a intermediate frequency of 10 kHz at the front end of the receiver. Therefore, the requirements on the IA bandwidth and the comparator delay are loosed, so the overall power consumption is dramatically reduced. Moreover, the reference magnitude measurement path and auto-zeroing technique is added to achieve higher measurement accuracy. The chip fabricated in a 180-nm CMOS process consumes only 756 µW for a frequency range from 100 Hz to 10 MHz, and the measured magnitude and phase errors are less than 1.1% and 1.9º, respectively.
본 논문은 저전력으로 10 MHz까지 입력 주파수 범위를 확장할 수 있는 전기 임피던스 측정 집적회로를 제안한다. 이 회로는 전압 제어 전류 소스와 수신기의 신호 처리로 인해 발생할 수 있는 비이상적인 지연을 제거하기 위해 타겟 임피던스와 직렬로 연결된 기준 저항을 적용하면서 타겟 임피던스의 크기와 위상을 직접 측정한다. 또한, 계측 증폭기 (IA) 첫 단 앞의 chopper가 주파수 편이를 수행하여 100 kHz 이상의 입력 신호는 10 kHz의 공통 중간 주파수로 변환한다.
결과적으로 IA 대역폭 및 비교기 지연에 대한 요구 사항이 크게 완화되어 상당한 절전 효과를 얻을 수 있다. 마지막으로 자동 상쇄 기술을 사용하여 비교기 오프셋을 제거해 크기 및 위상 오류를 줄였다. 해당 집적회로는 180 nm CMOS 공정으로 제작되었으며, 100 Hz부터 10 MHz의 주파수 범위에서 756 µW 파워 소모로 동작하고 각각 1.1%와 1.9º 이하의 크기 및 위상 오차를 가진다.
