设计用于生物医学物联网应用的低功耗能效西格玛-三角形ADC
Buddhi Prakash Sharma1, Anu Gupta2, Chandra Shekhar2
1EEE Department, Birla Institute of Technology and Science, Pilani, 333031, India. p20200414@pilani.bits-pilani.ac.in.
Scientific reports
|October 16, 2025
概括
本研究介绍了一种优化的低功耗,高分辨率的Sigma-Delta模拟数字转换器 (Σ-Δ ADC) 用于生物医学物联网 (IoT) 设备. 新的设计实现了出色的性能指标,包括高分辨率和低功耗,这对于便携式应用至关重要.
科学领域:
- 电气工程 电气工程
- 信号处理 信号处理
- 生物医学工程 生物医学工程
背景情况:
- 物联网 (IoT) 技术的进步需要为便携式生物医学设备提供高精度,低功耗的数据转换器.
- 现有的数据转换器在平衡高分辨率与能源效率方面经常面临挑战,这限制了它们在电池系统中的应用.
研究的目的:
- 设计和分析一个优化的低功耗,节能,高分辨率的Sigma-Delta模拟数字转换器 (Σ-Δ ADC).
- 为了满足生物医学物联网应用程序的苛刻性能要求,专注于精度和最小的功耗.
主要方法:
- 使用180nm SCL CMOS技术节点和Cadence Virtuoso环境进行设计和分析.
- 在 Σ-Δ 调制器中采用了折叠类代码和两级放大器,后来通过动态比较器优化,以减少功率.
- 设计了一种二次级的Cascoded Integrator Comb (CIC) 过器,配备了一个基于计数器的集成器,用于功率优化和消耗.
主要成果:
- 实现了有效位数 (ENOB) 13.995,信号噪声比 (SNR) 84.8dB,以及功效图 (FOM) 20.41 fJ/转换.
- Σ-Δ ADC 在0.498 mW的功率下运行,超采样比率 (OSR) 为128,显示出显著的能源效率.
- 布局后的模拟证实了设计符合生物医学物联网应用程序的严格性能标准.
结论:
- 拟议的 Σ-Δ ADC 设计提供了低功耗,高分辨率和能效的最佳平衡.
- 这种转换器非常适合集成到下一代生物医学物联网设备中,这些设备需要复杂的数据采集.
- 设计创新,包括放大器选择和过器优化,有助于其卓越的性能特征.
