KR102664031B1 - Appratus for boosting input impedance that is robust to parasitic component - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력 임피던스 부스팅 장치에 관한 것으로, 입력 임피던스 부스팅 장치는 아날로그-디지털 변환회로와, 아날로그-디지털 변환회로의 입력단 및 접지 라인과 연결되고, 하부에 제1 쉴딩 금속이 형성된 입력 커패시터와, 아날로그-디지털 변환회로의 포지티브 피드백 루프(positive feedback loop) 상에 연결되고, 하부에 제2 쉴딩 금속이 형성된 피드백 커패시터 및 피드백 커패시터의 양단에 연결되고, 입력 커패시터와 제1 쉴딩 금속 사이에 형성되는 제1 기생 성분 및 피드백 커패시터와 제2 쉴딩 금속 사이에 형성되는 제2 기생 성분에 기초하여 입력 임피던스를 부스팅하는 임피던스 부스팅부를 포함한다.The present invention relates to an input impedance boosting device. The input impedance boosting device includes an analog-to-digital conversion circuit, an input capacitor connected to the input terminal and a ground line of the analog-to-digital conversion circuit, and having a first shielding metal formed at the bottom, and an analog capacitor. -A feedback capacitor connected to the positive feedback loop of the digital conversion circuit, with a second shielding metal formed at the bottom, and a first shielding metal formed between the input capacitor and the first shielding metal, and connected to both ends of the feedback capacitor. It includes an impedance boosting unit that boosts the input impedance based on the parasitic component and the second parasitic component formed between the feedback capacitor and the second shielding metal.

Description

기생 성분에 강인한 입력 임피던스 부스팅 장치{APPRATUS FOR BOOSTING INPUT IMPEDANCE THAT IS ROBUST TO PARASITIC COMPONENT}Input impedance boosting device that is robust against parasitic components {APPRATUS FOR BOOSTING INPUT IMPEDANCE THAT IS ROBUST TO PARASITIC COMPONENT}

본 발명은 입력 임피던스 부스팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기생 커패시턴스 성분의 영향을 최소화하여 회로의 입력 임피던스를 증가시키는 기술적 사상에 관한 것이다.The present invention relates to an input impedance boosting device, and more specifically, to a technical idea of increasing the input impedance of a circuit by minimizing the influence of parasitic capacitance components.

전압 측정 회로에서 입력 임피던스는 신호의 감쇠를 방지하기 위해 요구되는 중요한 성능 지표이며, 이러한 입력 임피던스를 부스팅하기 위해 포지티브 피드백 루프(positive feedback loop)에 기반하는 입력 임피던스 부스팅 회로가 제시되었다. In a voltage measurement circuit, input impedance is an important performance indicator required to prevent signal attenuation, and an input impedance boosting circuit based on a positive feedback loop was proposed to boost this input impedance.

상술한 입력 임피던스 부스팅 회로는 전압 측정 회로의 출력단 및 입력단 사이에 포지티브 피드백 루프가 형성되고, 여기서 전압 측정 회로의 이득을 'A', 전압 측정 회로의 입력 임피던스를 'ZSEN', 입력 전압(VIN)이 인가되는 노드(즉, 전압 측정 회로의 입력단과 연결되는 노드)에서 발생하는 기생 성분을 'ZP', 피드백 전류(IFB)를 제어하기 위한 포지티브 피드백 루프 상의 임피던스를 'ZFB'로 가정하면 입력 임피던스는 입력 전압(VIN)과 입력 전류(IIN)의 비에 의해 정의되며, 포지티브 피드백 루프가 없는 경우에 입력 임피던스는 'ZP + ZSEN'으로 표현될 수 있다. In the above-described input impedance boosting circuit, a positive feedback loop is formed between the output and input terminals of the voltage measurement circuit, where the gain of the voltage measurement circuit is 'A', the input impedance of the voltage measurement circuit is 'Z SEN ', and the input voltage (V The parasitic component occurring at the node to which IN ) is applied (i.e., the node connected to the input terminal of the voltage measurement circuit) is referred to as 'Z P ', and the impedance on the positive feedback loop for controlling the feedback current (I FB ) is referred to as 'Z FB '. Assuming, the input impedance is defined by the ratio of the input voltage (V IN ) and the input current (I IN ), and if there is no positive feedback loop, the input impedance can be expressed as 'Z P + Z SEN '.

여기서, 포지티브 피드백 루프는 입력 전류(IIN)를 보상하는 역할을 하고, 포지티브 피드백 루프로 인가되는 피드백 전류(IFB)는 IFB = IP + ISEN(여기서, IP는 ZP(즉, CP)로 흐르는 전류, ISEN는 ZSEN(즉, CSEN)으로 흐르는 전류)인 조건에서 무한대의 입력 임피던스를 만든다. Here, the positive feedback loop serves to compensate for the input current (I IN ), and the feedback current (I FB ) applied to the positive feedback loop is I FB = I P + I SEN (where I P is Z P (i.e. , C P ), the current flowing through I SEN creates an infinite input impedance under the condition that the current flowing through Z SEN (i.e., C SEN ).

포지티브 피드백 루프에 의해서 증가(부스팅)된 입력 임피던스는 하기 수식1과 같이 표현될 수 있다. The input impedance increased (boosted) by the positive feedback loop can be expressed as Equation 1 below.

[수식1][Formula 1]

수식1에서 알 수 있듯이, 포지티브 피드백 루프는 (1-A)CFB의 네거티브 커패시턴스 텀(여기서, CFB는 ZFB)을 생성하며, (1-A)CFB = CP + CSEN의 조건에서 입력 임피던스는 무한대가 된다. 또한, A는 시스템(또는 장치)의 파라미터로 정의되기 때문에 적절한 값의 CFB를 선택하여 입력 임피던스를 부스팅시킬 수 있다. As can be seen in Equation 1, the positive feedback loop creates a negative capacitance term of (1-A)C FB (where C FB is Z FB ), and the condition of (1-A)C FB = C P + C SEN The input impedance becomes infinite. Additionally, since A is defined as a parameter of the system (or device), the input impedance can be boosted by selecting C FB of an appropriate value.

즉, 기존의 입력 임피던스 부스팅 회로는 기생 성분에 민감한 회로이다. 또한 CSEN, A, CFB는 정확히 제어할 수 있는 파라미터인 반면에 CP는 예측하기 힘든 파라미터로 CP를 무효화 시키지 못할 경우 입력 임피던스는 기생 성분 CP에 의해서 제한된다. In other words, the existing input impedance boosting circuit is a circuit that is sensitive to parasitic components. In addition, while C SEN , A, C FB are parameters that can be accurately controlled, C P is a parameter that is difficult to predict, so if C P cannot be nullified, the input impedance is limited by the parasitic component C P .

이에, 기존 기술은 CP에 의한 영향을 최소화 하기 위해 CFB를 트리밍(trimming)하는 방법을 사용하였다. Accordingly, the existing technology used a method of trimming C FB to minimize the influence of CP .

이러한 트리밍 방법을 사용하면 부스팅되는 입력 임피던스는 트리밍 해상도(trimming resolution)에 의해 결정되며, 기존 기술의 경우 CFB를 9bit CDAC으로 사용하여 60fF의 입력 커패시턴스, 즉 200GΩ@1Hz의 높은 입력 임피던스를 달성하였다.Using this trimming method, the boosted input impedance is determined by the trimming resolution, and in the case of existing technology, C FB is used as a 9bit C DAC to achieve an input capacitance of 60fF, i.e. a high input impedance of 200GΩ@1Hz. did.

그러나, 트리밍 방법을 사용하여 입력 임피던스를 부스팅하는 기존 기술은 9bit CDAC와 트리밍을 위한 추가적인 회로 로직으로 인한 불필요한 면적 및 전력 소모가 발생되며, 회로의 복잡성(complexity)이 증가한다는 문제가 있다.However, the existing technology for boosting the input impedance using a trimming method has the problem of generating unnecessary area and power consumption due to the 9-bit C DAC and additional circuit logic for trimming, and increasing circuit complexity.

한국특허공개 제10-2015-0103843호, "레저바 캐패시터".Korean Patent Publication No. 10-2015-0103843, “Reserva Capacitor”.

J. Lee, G. Lee, H. Kim and S. Cho, "An Ultra-High Input Impedance Analog Front End Using Self-Calibrated Positive Feedback," in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 53, no. 8, pp. 2252-2262, Aug. 2018.J. Lee, G. Lee, H. Kim and S. Cho, "An Ultra-High Input Impedance Analog Front End Using Self-Calibrated Positive Feedback," in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 53, no. 8, pp. 2252-2262, Aug. 2018. Y. Park, J. -H. Cha, S. -H. Han, J. -H. Park and S. -J. Kim, "A 3.8-μW/Ch, 15-GΩ Total Input Impedance Chopper Stabilized Amplifier with Dual Positive Feedback Loops and Auto-calibration Scheme," 2021 Symposium on VLSI Circuits.Y. Park, J. -H. Cha, S.-H. Han, J.-H. Park and S.-J. Kim, “A 3.8-μW/Ch, 15-GΩ Total Input Impedance Chopper Stabilized Amplifier with Dual Positive Feedback Loops and Auto-calibration Scheme,” 2021 Symposium on VLSI Circuits.

본 발명은 추가적인 캘리브레이션 또는 트리밍 과정 없이 기생 커패시턴스 성분의 영향을 줄일 수 있는 입력 임피던스 부스팅 장치를 제공하고자 한다. The present invention seeks to provide an input impedance boosting device that can reduce the influence of parasitic capacitance components without additional calibration or trimming processes.

또한, 본 발명은 전력 소모 및 회로 면적에 따른 코스트 증가를 최소화하면서 입력 임피던스를 부스팅할 수 있는 입력 임피던스 부스팅 장치를 제공하고자 한다.In addition, the present invention seeks to provide an input impedance boosting device that can boost input impedance while minimizing the increase in cost due to power consumption and circuit area.

또한, 본 발명은 트리밍 과정을 이용하는 기존 기술 보다 향상된 임피던스 부스팅 성능을 달성할 수 있는 입력 임피던스 부스팅 장치를 제공하고자 한다.In addition, the present invention seeks to provide an input impedance boosting device that can achieve improved impedance boosting performance compared to existing technologies using a trimming process.

본 발명의 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치는 아날로그-디지털 변환회로와, 아날로그-디지털 변환회로의 입력단 및 접지 라인과 연결되고, 하부에 제1 쉴딩 금속이 형성된 입력 커패시터와, 아날로그-디지털 변환회로의 포지티브 피드백 루프(positive feedback loop) 상에 연결되고, 하부에 제2 쉴딩 금속이 형성된 피드백 커패시터 및 피드백 커패시터의 양단에 연결되고, 입력 커패시터와 제1 쉴딩 금속 사이에 형성되는 제1 기생 성분 및 피드백 커패시터와 제2 쉴딩 금속 사이에 형성되는 제2 기생 성분에 기초하여 입력 임피던스를 부스팅하는 임피던스 부스팅부를 포함할 수 있다. An input impedance boosting device according to an embodiment of the present invention includes an analog-to-digital conversion circuit, an input capacitor connected to the input terminal and ground line of the analog-to-digital conversion circuit, and having a first shielding metal formed at the bottom, and an analog-to-digital conversion circuit. A feedback capacitor connected to the positive feedback loop of the circuit and having a second shielding metal formed at the bottom, and a first parasitic component connected to both ends of the feedback capacitor and formed between the input capacitor and the first shielding metal, and It may include an impedance boosting unit that boosts the input impedance based on a second parasitic component formed between the feedback capacitor and the second shielding metal.

일측에 따르면, 임피던스 부스팅부는 제1 기생 성분 및 제2 기생 성분을 복사하여 포지티브 피드백 루프에 더하는 방식으로 입력 임피던스를 부스팅할 수 있다. According to one side, the impedance boosting unit may boost the input impedance by copying the first parasitic component and the second parasitic component and adding them to the positive feedback loop.

일측에 따르면, 임피던스 부스팅부는 피드백 커패시터의 제1 단자와 연결되는 제1 금속과, 제1 금속 하부에 형성되고 피드백 커패시터의 제2 단자와 연결되는 제3 쉴딩 금속을 포함할 수 있다. According to one side, the impedance boosting unit may include a first metal connected to the first terminal of the feedback capacitor, and a third shielding metal formed below the first metal and connected to the second terminal of the feedback capacitor.

일측에 따르면, 제1 쉴딩 금속 및 제2 쉴딩 금속은 접지 라인과 각각 연결될 수 있다. According to one side, the first shielding metal and the second shielding metal may each be connected to a ground line.

일측에 따르면, 입력 임피던스 부스팅 장치는 아날로그-디지털 변환회로의 입력단과 연결되는 초퍼 스위치(chopper switch)를 더 포함할 수 있다. According to one side, the input impedance boosting device may further include a chopper switch connected to the input terminal of the analog-to-digital conversion circuit.

일측에 따르면, 임피던스 부스팅부는 피드백 커패시터의 양단에 연결되는 더미 스위치를 더 포함할 수 있다. According to one side, the impedance boosting unit may further include a dummy switch connected to both ends of the feedback capacitor.

일측에 따르면, 임피던스 부스팅부는 더미 스위치를 통해 초퍼 스위치에 의해 형성되는 제3 기생 성분을 복사하여 포지티브 피드백 루프에 더하는 방식으로 입력 임피던스를 부스팅할 수 있다.According to one side, the impedance boosting unit can boost the input impedance by copying the third parasitic component formed by the chopper switch through a dummy switch and adding it to the positive feedback loop.

일측에 따르면, 더미 스위치는 초퍼 스위치와 동일한 사이즈로 형성될 수 있다. According to one side, the dummy switch may be formed in the same size as the chopper switch.

일측에 따르면, 피드백 커패시터 및 입력 커패시터는 MOM(metal-oxide-metal) 커패시터일 수 있다. According to one side, the feedback capacitor and the input capacitor may be metal-oxide-metal (MOM) capacitors.

일측에 따르면, 아날로그-디지털 변환회로는 선형 트랜스컨턱턴스 셀(linear Gm cell)을 구비하는 선형 적분기와, 바디 구동 오실레이터(body-driven VCO) 및 FDC(frequency to digital converter)를 구비하는 양자화기를 포함하는 연속시간 델타 시그마 아날로그-디지털 변환 회로일 수 있다.According to one side, the analog-to-digital conversion circuit includes a linear integrator with a linear transconductance cell (linear Gm cell), a quantizer with a body-driven oscillator (body-driven VCO), and a frequency to digital converter (FDC). It may be a continuous-time delta sigma analog-to-digital conversion circuit.

일실시예에 따르면, 본 발명은 추가적인 캘리브레이션 또는 트리밍 과정 없이 기생 커패시턴스 성분의 영향을 줄일 수 있다.According to one embodiment, the present invention can reduce the influence of parasitic capacitance components without additional calibration or trimming processes.

일실시예에 따르면, 본 발명은 전력 소모 및 회로 면적에 따른 코스트 증가를 최소화하면서 입력 임피던스를 부스팅할 수 있다.According to one embodiment, the present invention can boost input impedance while minimizing the increase in cost due to power consumption and circuit area.

일실시예에 따르면, 본 발명은 트리밍 과정을 이용하는 기존 기술 보다 향상된 임피던스 부스팅 성능을 달성할 수 있다.According to one embodiment, the present invention can achieve improved impedance boosting performance compared to existing technology using a trimming process.

도 1은 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 선형 적분기를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 바디 구동 오실레이터를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치의 성능 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram for explaining an input impedance boosting device according to an embodiment.
2A to 2C are diagrams for explaining in more detail an input impedance boosting device according to an embodiment.
Figure 3 is a diagram for explaining the linear integrator according to an embodiment in more detail.
Figure 4 is a diagram for explaining in more detail a body driven oscillator according to an embodiment.
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining performance simulation results of an input impedance boosting device according to an embodiment.

이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of this document are described with reference to the attached drawings.

실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The examples and terms used herein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and should be understood to include various changes, equivalents, and/or substitutes for the embodiments.

하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of various embodiments, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terms described below are terms defined in consideration of functions in various embodiments, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar components.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.

본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as “A or B” or “at least one of A and/or B” may include all possible combinations of the items listed together.

"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as “first,” “second,” “first,” or “second,” can modify the corresponding components regardless of order or importance and are used to distinguish one component from another. It is only used and does not limit the corresponding components.

어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When a component (e.g., a first) component is said to be "connected (functionally or communicatively)" or "connected" to another (e.g., second) component, it means that the component is connected to the other component. It may be connected directly to an element or may be connected through another component (e.g., a third component).

본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.In this specification, “configured to” means “suitable for,” “having the ability to,” or “changed to,” depending on the situation, for example, in terms of hardware or software. ," can be used interchangeably with "made to," "capable of," or "designed to."

어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” working with other devices or components.

예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "processor configured (or set) to perform A, B, and C" refers to a processor dedicated to performing the operations (e.g., an embedded processor), or by executing one or more software programs stored on a memory device. , may refer to a general-purpose processor (e.g., CPU or application processor) capable of performing the corresponding operations.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.Additionally, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.

즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.

상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the above-described specific embodiments, components included in the invention are expressed in singular or plural numbers depending on the specific embodiment presented.

그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.However, the singular or plural expressions are selected to suit the presented situation for convenience of explanation, and the above-described embodiments are not limited to singular or plural components, and even if the components expressed in plural are composed of singular or , Even components expressed as singular may be composed of plural elements.

한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, in the description of the invention, specific embodiments have been described, but of course, various modifications are possible without departing from the scope of the technical idea implied by the various embodiments.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the claims described below as well as equivalents to these claims.

도 1은 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining an input impedance boosting device according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치(100)는 추가적인 캘리브레이션 또는 트리밍 과정 없이 기생 커패시턴스 성분의 영향을 줄일 수 있다.Referring to FIG. 1, the input impedance boosting device 100 according to one embodiment can reduce the influence of parasitic capacitance components without additional calibration or trimming processes.

또한, 입력 임피던스 부스팅 장치(100)는 전력 소모 및 회로 면적에 따른 코스트 증가를 최소화하면서 입력 임피던스를 부스팅할 수 있다. Additionally, the input impedance boosting device 100 can boost the input impedance while minimizing the increase in cost due to power consumption and circuit area.

또한, 입력 임피던스 부스팅 장치(100)는 트리밍 과정을 이용하는 기존 기술 보다 향상된 임피던스 부스팅 성능을 달성할 수 있다. Additionally, the input impedance boosting device 100 can achieve improved impedance boosting performance compared to existing technology using a trimming process.

이를 위해, 입력 임피던스 부스팅 장치(100)는 아날로그-디지털 변환회로(ADC), 입력 커패시터(CIN), 피드백 커패시터(C'IN) 및 임피던스 부스팅부를 포함할 수 있다. To this end, the input impedance boosting device 100 may include an analog-to-digital conversion circuit (ADC), an input capacitor (C IN ), a feedback capacitor (C' IN ), and an impedance boosting unit.

예를 들면, 아날로그-디지털 변환회로(ADC)는 이득 값이 '2' 또는 '-2'인 아날로그-디지털 변환회로 또는 연속시간 델타 시그마 변환회로(continuous time delta-sigma modulator; CTDSM)일 수 있다.For example, the analog-to-digital conversion circuit (ADC) may be an analog-to-digital conversion circuit with a gain value of '2' or '-2' or a continuous time delta-sigma modulator (CTDSM). .

구체적으로, 일실시예에 따른 입력 커패시터(CIN)는 아날로그-디지털 변환회로(ADC)의 입력단 및 접지 라인과 연결되고, 하부에 제1 쉴딩 금속(110)이 형성될 수 있다. Specifically, the input capacitor C IN according to one embodiment is connected to the input terminal and the ground line of the analog-to-digital conversion circuit (ADC), and a first shielding metal 110 may be formed at the bottom.

또한, 일실시예에 따른 피드백 커패시터(C'IN)는 델타 시그마 변환 회로의 포지티브 피드백 루프(positive feedback loop) 상에 연결되고, 하부에 제2 쉴딩 금속(120)이 형성될 수 있다. Additionally, the feedback capacitor C' IN according to one embodiment may be connected to a positive feedback loop of the delta sigma conversion circuit, and a second shielding metal 120 may be formed below.

예를 들면, 제1 쉴딩 금속(110) 및 제2 쉴딩 금속(120)은 접지 라인과 각각 연결될 수 있으며, 대응되는 커패시터 하부에 기 설정된 크기의 갭(gap)만큼 이격되어 형성될 수 있다. For example, the first shielding metal 110 and the second shielding metal 120 may be respectively connected to a ground line and may be formed below the corresponding capacitor to be spaced apart by a gap of a preset size.

또한, 입력 커패시터(CIN) 및 피드백 커패시터(C'IN)는 MOM(metal-oxide-metal) 커패시터일 수 있다.Additionally, the input capacitor (C IN ) and the feedback capacitor (C' IN ) may be metal-oxide-metal (MOM) capacitors.

일실시예에 따른 임피던스 부스팅부는 피드백 커패시터(C'IN)의 양단에 연결되고, 입력 커패시터(CIN)와 제1 쉴딩 금속(110) 사이에 형성되는 제1 기생 성분(110-1) 및 피드백 커패시터(C'IN)와 제2 쉴딩 금속(120) 사이에 형성되는 제2 기생 성분(120-1)에 기초하여 입력 임피던스를 부스팅할 수 있다. The impedance boosting unit according to one embodiment is connected to both ends of the feedback capacitor (C' IN ), and the first parasitic component 110-1 and the feedback formed between the input capacitor (C IN ) and the first shielding metal 110. The input impedance may be boosted based on the second parasitic component 120-1 formed between the capacitor C' IN and the second shielding metal 120.

일측에 따르면, 임피던스 부스팅부(130, 140)는 제1 기생 성분(110-1) 및 제2 기생 성분(120-1)을 복사하여 포지티브 피드백 루프에 더하는 방식으로 입력 임피던스를 부스팅할 수 있다. According to one side, the impedance boosting units 130 and 140 may boost the input impedance by copying the first parasitic component 110-1 and the second parasitic component 120-1 and adding them to a positive feedback loop.

일측에 따르면, 임피던스 부스팅부(130, 140)는 피드백 커패시터(C'IN)의 제1 단자와 연결되는 제1 금속(140)과, 제1 금속(140) 하부에 형성되고 피드백 커패시터(C'IN)의 제2 단자와 연결되는 제3 쉴딩 금속(130)을 포함할 수 있다. According to one side, the impedance boosting units 130 and 140 are formed on a first metal 140 connected to the first terminal of the feedback capacitor C' IN , and a lower part of the first metal 140 and the feedback capacitor C' IN ) may include a third shielding metal 130 connected to the second terminal.

예를 들면, 제3 쉴딩 금속(130)은 제1 금속(140)의 하부에 기 설정된 크기의 갭 만큼 이격되어 형성될 수 있다.For example, the third shielding metal 130 may be formed below the first metal 140 to be spaced apart by a gap of a preset size.

입력 임피던스 부스팅 장치(100)는 아날로그-디지털 변환회로(ADC)의 입력단과 연결되는 초퍼 스위치(chopper switch)를 더 포함할 수 있다. 다시 말해, 초퍼 스위치는 아날로그-디지털 변환회로(ADC)의 입력단 및 입력 전압(VIN)이 인가되는 노드 사이에 구비될 수 있다. The input impedance boosting device 100 may further include a chopper switch connected to the input terminal of an analog-to-digital conversion circuit (ADC). In other words, the chopper switch may be provided between the input terminal of the analog-to-digital conversion circuit (ADC) and the node to which the input voltage (V IN ) is applied.

일측에 따르면, 임피던스 부스팅부는 피드백 커패시터(C'IN)의 양단에 연결되는 더미 스위치를 더 포함할 수 있다. According to one side, the impedance boosting unit may further include a dummy switch connected to both ends of the feedback capacitor (C' IN ).

구체적으로, 임피던스 부스팅부는 더미 스위치를 통해 초퍼 스위치에 의해 형성되는 제3 기생 성분을 복사하여 포지티브 피드백 루프에 더하는 방식으로 입력 임피던스를 부스팅할 수 있다. 예를 들면, 더미 스위치는 초퍼 스위치와 동일한 사이즈로 형성될 수 있다. Specifically, the impedance boosting unit may boost the input impedance by copying the third parasitic component formed by the chopper switch through a dummy switch and adding it to the positive feedback loop. For example, the dummy switch may be formed to the same size as the chopper switch.

한편, 아날로그-디지털 변환회로(ADC)는 선형 트랜스컨턱턴스 셀(linear Gm cell)을 구비하는 선형 적분기와, 바디 구동 오실레이터(body-driven VCO) 및 FDC(frequency to digital converter)를 구비하는 양자화기를 포함하는 연속시간 델타 시그마 아날로그-디지털 변환 장치일 수 있다. Meanwhile, the analog-to-digital conversion circuit (ADC) includes a linear integrator with a linear transconductance cell (linear Gm cell), a body-driven oscillator (VCO), and a quantizer with a frequency to digital converter (FDC). It may be a continuous-time delta sigma analog-to-digital conversion device.

구체적으로, 선형 적분기는 기 설정된 입력 전압(VIN)을 수신하는 선형 트랜스컨턱턴스 셀의 동작에 기초하여 입력 전압(VIN)에 대응되는 제1 출력 신호를 생성할 수 있다. Specifically, the linear integrator may generate a first output signal corresponding to the input voltage (V IN ) based on the operation of a linear transconductance cell that receives a preset input voltage (V IN ).

또한, 양자화기는 제1 출력 신호를 수신하는 바디 구동 오실레이터의 동작에 기초하여 제1 출력 신호에 대응되는 제2 출력 신호를 생성하고, 제2 출력 신호를 수신하는 FDC의 동작에 기초하여 제2 출력 신호에 대응되는 디지털 출력 코드(DOUT)를 생성할 수 있다.Additionally, the quantizer generates a second output signal corresponding to the first output signal based on the operation of the body driving oscillator receiving the first output signal, and generates a second output signal based on the operation of the FDC receiving the second output signal. A digital output code (D OUT ) corresponding to the signal can be generated.

보다 구체적으로, 아날로그-디지털 변환회로(ADC)는 저-노이즈 특성 및 고선형성 특성을 갖는 선형 적분기(110)와 바디 구동 오실레이터에 기반하는 양자화기로 구성되는 1차 CTDSM이며, 1차 루프(1st order loop)의 특성으로 높은 안정성 특성을 갖는 동시에 VCO 기반의 양자화기의 고유한 잡음 특성으로 인해 신호 대역폭 내에서 낮은 양자화 잡음 특성을 달성할 수 있다. More specifically, the analog-to-digital conversion circuit (ADC) is a first-order CTDSM consisting of a linear integrator 110 with low-noise characteristics and high linearity characteristics and a quantizer based on a body driven oscillator, and a first-order loop (1 st It has high stability characteristics due to the characteristics of the order loop, and at the same time, it can achieve low quantization noise characteristics within the signal bandwidth due to the unique noise characteristics of the VCO-based quantizer.

즉, 아날로그-디지털 변환회로(ADC)는 적분기 및 VCO 기반의 양자화기의 잡음-전력 효율 및 선형성을 개선하여 전체 시스템의 잡음 성능, 선형성 및 대역폭 등의 주요 성능을 극대화할 수 있다.In other words, the analog-to-digital conversion circuit (ADC) can improve the noise-power efficiency and linearity of the integrator and VCO-based quantizer to maximize key performances such as noise performance, linearity, and bandwidth of the entire system.

일측에 따르면, 아날로그-디지털 변환회로(ADC)는 선형 적분기의 입력단과 양자화기의 출력단을 연결하는 델타-시그마 피드백 루프 상에 구비되는 4탭의 FIR 필터(4-tap FIR filter)를 더 포함할 수 있다.According to one side, the analog-to-digital conversion circuit (ADC) may further include a 4-tap FIR filter provided on a delta-sigma feedback loop connecting the input terminal of the linear integrator and the output terminal of the quantizer. You can.

예를 들면, 델타-시그마 피드백 루프는 포지티브 피드백 루프일 수도 있다. For example, a delta-sigma feedback loop may be a positive feedback loop.

구체적으로, 아날로그-디지털 변환회로(ADC)의 입력 임피던스는 선형 적분기(210)의 입력단과 접지 라인 사이에 구비되는 입력 커패시터(CIN)와 선형 적분기의 입력단과 연결된 노드에서의 초핑 주파수(choopping frequency; fCH)에 의해 결정되며, 기존 장치의 경우 초핑으로 인한 양자화 잡음의 에일리어싱을 방지하기 위해 초핑 주파수를 주파수 fs와 같거나 fs/2로 사용하였다(여기서, fs는 샘플링 주파수).Specifically, the input impedance of the analog-to-digital conversion circuit (ADC) is determined by the input capacitor (C IN ) provided between the input terminal of the linear integrator 210 and the ground line, and the chopping frequency at the node connected to the input terminal of the linear integrator. ; f CH ), and in the case of existing devices, the chopping frequency is equal to the frequency fs or is used as fs/2 to prevent aliasing of quantization noise due to chopping (where fs is the sampling frequency).

그러나, 이 경우에는 높은 샘플링 주파수로 인해 1MΩ 이하의 낮은 입력 임피던스를 갖는다는 문제가 있으며, 이를 해결하기 위해 아날로그-디지털 변환회로(ADC)는 피드백 루프 상에 4탭의 FIR 필터를 연결하여 양자화 잡음에 노치(notch)를 생성할 수 있다.However, in this case, there is a problem of having a low input impedance of less than 1MΩ due to the high sampling frequency. To solve this, the analog-to-digital conversion circuit (ADC) connects a 4-tap FIR filter on the feedback loop to reduce quantization noise. A notch can be created in .

보다 구체적으로, 아날로그-디지털 변환회로(ADC)는 4탭의 FIR 필터를 통해 에일리어싱이 발생하는 주파수 대역의 양자화 잡음을 필터링하여 초핑으로 나타나는 양자화 잡음의 에일리어싱을 방지할 수 있다.More specifically, the analog-to-digital conversion circuit (ADC) can prevent aliasing of the quantization noise that appears as chopping by filtering the quantization noise in the frequency band where aliasing occurs through a 4-tap FIR filter.

또한, 아날로그-디지털 변환회로(ADC)는 4탭의 FIR 필터를 통해 생성된 fs/8의 노치 주파수(notch frequency)를 초핑 주파수로 사용함으로써, 기존 장치 대비 입력 임피던스를 4배 증가시킬 수 있다.Additionally, the analog-to-digital conversion circuit (ADC) can increase the input impedance by four times compared to existing devices by using the notch frequency of fs/8 generated through a 4-tap FIR filter as a chopping frequency.

도 2a 내지 도 2c는 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.2A to 2C are diagrams for explaining in more detail an input impedance boosting device according to an embodiment.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 도면부호 210은 입력 임피던스 부스팅 장치에서 고려해야할 기생 캐패시턴스 성분을 예시하고, 도면부호 220 및 230은 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치를 보다 구체적으로 예시한다. Referring to FIGS. 2A to 2C, reference numeral 210 illustrates parasitic capacitance components to be considered in the input impedance boosting device, and reference numerals 220 and 230 illustrate the input impedance boosting device according to an embodiment in more detail.

도면부호 210에 따르면, 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치는 기생 커패시턴스 성분의 영향을 최소화하기 위해서 트리밍없이 기생 커패시턴스 성분을 복사(모방)하여 포지티브 피드백 루프에 더하는 방법을 이용하며, 이를 위해 입력 임피던스 부스팅 장치는 초퍼 스위치에서 발생되는 기생 커패시터 성분인 'CP_CH'와, 입력 커패시터(CIN)와 피드백 커패시터(C'IN)에서 발생되는 기생 커패시터 성분인 'CP_M-GND'를 주요 기생 커패시턴스로 고려할 수 있다. According to reference numeral 210, the input impedance boosting device according to one embodiment uses a method of copying (imitating) the parasitic capacitance component without trimming and adding it to the positive feedback loop in order to minimize the influence of the parasitic capacitance component. To this end, the input impedance The boosting device uses 'C P_CH ', a parasitic capacitor component generated from the chopper switch, and 'C P_M-GND ', a parasitic capacitor component generated from the input capacitor (C IN ) and the feedback capacitor (C' IN ), as the main parasitic capacitance. can be considered.

구체적으로, 입력 임피던스 부스팅 장치는 시스템 이득이 '-2'일 때, 피드백 커패시터(C'IN)가 하기 수식2의 조건을 만족하면 무한대의 임피던스를 구현할 수 있다. Specifically, the input impedance boosting device can implement infinite impedance when the system gain is '-2' and the feedback capacitor (C' IN ) satisfies the conditions of Equation 2 below.

[수식2][Formula 2]

도면부호 220 및 230에 따르면, 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치는 도면부호 210을 통해 상술한 기생 커패시턴스 성분을 복사하기 위해 기생 복제 기술(parasitic replication technique)을 사용할 수 있다.According to reference numerals 220 and 230, the input impedance boosting device according to one embodiment may use a parasitic replication technique to copy the parasitic capacitance component described above through reference numeral 210.

입력 임피던스 부스팅 장치는 MOM(metal-oxide-metal) 타입의 커패시터(CIN/C'IN)에 의한 기생 커패시턴스를 복사할 수 있도록 MOM 커패시터 하부에 쉴딩 금속을 형성할 수 있으며, 이 경우 기생 커패시턴스 성분 'CP_M- GND'는 쉴딩 금속과 MOM 커패시터의 금속 레이어(metal layer) 간의 오버랩 영역(overlap area)에 의해 정의되며 쉽게 복사될 수 있다. The input impedance boosting device can form a shielding metal at the bottom of the MOM (metal-oxide-metal) type capacitor (C IN /C' IN ) to copy the parasitic capacitance caused by the MOM (metal-oxide-metal) type capacitor (C IN /C' IN). In this case, the parasitic capacitance component 'C P_M- GND ' is defined by the overlap area between the shielding metal and the metal layer of the MOM capacitor and can be easily copied.

또한, 입력 임피던스 부스팅 장치는 초퍼 스위치와 동일한 사이즈의 더미 스위치를 사용하여 기생 커패시턴스 성분 'CP_CH'를 복사할 수 있으며, 상술한 방식을 이용하여 기생 커패시터의 영향을 최소화하고 기존 대비 70배의 임피던스 증가 효과를 달성할 수 있다. In addition, the input impedance boosting device can copy the parasitic capacitance component 'C P_CH ' by using a dummy switch of the same size as the chopper switch. Using the above-described method, the effect of the parasitic capacitor is minimized and the impedance is 70 times that of the existing one. Increased effectiveness can be achieved.

구체적으로, 입력 임피던스 부스팅 장치는 초퍼 스위치(chopper switch), 초퍼 스위치(chopper switch)와 연결되는 아날로그-디지털 변환회로(ADC), 제1 쉴딩 금속(221)이 형성된 입력 커패시터(CIN) 및 포지티브 피드백 루프 상에 위치하고 하부에 제2 쉴딩 금속(222)이 형성된 피드백 커패시터(C'IN)를 포함할 수 있다. Specifically, the input impedance boosting device includes a chopper switch, an analog-to-digital conversion circuit (ADC) connected to the chopper switch, an input capacitor (C IN ) on which the first shielding metal 221 is formed, and a positive It may include a feedback capacitor ( C'IN ) located on the feedback loop and having a second shielding metal 222 formed at the bottom.

또한, 입력 임피던스 부스팅 장치는 피드백 커패시터(C'IN)의 양단에 연결되고, 입력 커패시터(CIN)와 제1 쉴딩 금속(221) 사이에 형성되는 제1 기생 성분(221-1) 및 피드백 커패시터(C'IN)와 제2 쉴딩 금속(222) 사이에 형성되는 제2 기생 성분(222-1)에 기초하여 입력 임피던스를 부스팅하는 임피던스 부스팅부를 더 포함할 수 있으며, 이를 위해 임피던스 부스팅부는 피드백 커패시터(C'IN)의 제1 단자와 연결되는 제1 금속과 제1 금속 하부에 형성되고 피드백 커패시터(C'IN)의 제2 단자와 연결되는 제3 쉴딩 금속(223)을 포함할 수 있다. In addition, the input impedance boosting device is connected to both ends of the feedback capacitor (C' IN ), and the first parasitic component 221-1 formed between the input capacitor (C IN ) and the first shielding metal 221 and the feedback capacitor It may further include an impedance boosting unit that boosts the input impedance based on the second parasitic component 222-1 formed between (C' IN ) and the second shielding metal 222. To this end, the impedance boosting unit may include a feedback capacitor. It may include a first metal connected to the first terminal of ( C'IN ) and a third shielding metal 223 formed below the first metal and connected to the second terminal of the feedback capacitor ( C'IN ).

일측에 따르면, 임피던스 부스팅부는 제1 기생 성분(221-1) 및 제2 기생 성분(222-1)을 복사하여 포지티브 피드백 루프에 더하는 방식으로 입력 임피던스를 부스팅할 수 있다. According to one side, the impedance boosting unit may boost the input impedance by copying the first parasitic component 221-1 and the second parasitic component 222-1 and adding them to the positive feedback loop.

보다 구체적으로, 입력 임피던스 부스팅 장치는 MOM 커패시터인 입력 커패시터(CIN)와 피드백 커패시터(C'IN) 각각의 하부에 접지 라인과 연결된 제1 쉴딩 금속(221)과 제2 쉴딩 금속(222)을 각각 배치하여 기생 커패시턴스 성분(221-1, 222-1)을 제어할 수 있다. More specifically, the input impedance boosting device includes a first shielding metal 221 and a second shielding metal 222 connected to a ground line at the bottom of each of the MOM capacitors, the input capacitor (C IN ) and the feedback capacitor (C' IN ). The parasitic capacitance components 221-1 and 222-1 can be controlled by respectively arranging them.

여기서, 기생 커패시턴스 성분(221-1, 222-1), 즉 기생 커패시턴스 성분 CP_GND1, CP_M- GND2는 MOM 커패시터 각각의 금속 레이어와 각각의 쉴딩 금속에 의해 생성되는 오버랩 커패시턴스(overlap capacitance)일 수 있다. Here, the parasitic capacitance components (221-1, 222-1), that is, the parasitic capacitance components C P_GND1 and C P_M- GND2 , may be overlap capacitances generated by each metal layer of the MOM capacitor and each shielding metal. there is.

즉, 입력 임피던스 부스팅 장치는 기생 커패시턴스 성분(CP_ GND1, CP_M- GND2)에 의한 기생 효과를 제거(상쇄)하기 위해 피드백 커패시터(C'IN) 주변에 금속 접지 기생 커패시턴스 성분을 추가할 수 있다. In other words, the input impedance boosting device can add a metal ground parasitic capacitance component around the feedback capacitor (C' IN ) to remove (offset) the parasitic effect caused by the parasitic capacitance components (C P_ GND1 , C P_M- GND2 ). .

다시 말해, 입력 임피던스 부스팅 장치는 피드백 커패시터(C'IN)의 제1 단자와 연결되는 제1 금속과 제1 금속 하부에 형성되고 피드백 커패시터(C'IN)의 제2 단자와 연결되는 제3 쉴딩 금속(223)을 포함하는 임피던스 부스팅부를 이용하여 기생 커패시턴스 성분(CP_ GND1, CP_M- GND2)을 복사(즉, C'P _ GND = C'P _ GND1 + C'P _ GND2)하여 포지티브 피드백 루프에 반영함으로써, 기생 커패시턴스 성분(CP_ GND1, CP_M- GND2)에 의한 영향을 최소화할 수 있다. In other words, the input impedance boosting device includes a first metal connected to the first terminal of the feedback capacitor (C' IN ) and a third shielding formed under the first metal and connected to the second terminal of the feedback capacitor (C' IN ). Parasitic capacitance components (C P_ GND1 , C P_M- GND2 ) are copied (i.e., C' P_ GND ) using an impedance boosting unit containing metal 223. = C' P _ GND1 + C' P _ GND2 ) and reflecting it in the positive feedback loop, the influence of parasitic capacitance components (C P_ GND1 , C P_M- GND2 ) can be minimized.

한편, 임피던스 부스팅부는 피드백 커패시터(C'IN)의 양단에 연결되고 초퍼 스위치와 동일한 사이즈로 형성되는 더미 스위치를 더 포함할 수 있으며, 더미 스위치를 통해 초퍼 스위치에 의해 형성되는 제3 기생 성분(즉, CP_CH = CGS + CJ + CGD + CJ)을 복사(즉, C'P _CH)하여 포지티브 피드백 루프에 반영함으로써, 기생 커패시턴스 성분(CP_CH)에 의한 영향을 최소화할 수 있다. Meanwhile, the impedance boosting unit may further include a dummy switch connected to both ends of the feedback capacitor (C' IN ) and formed in the same size as the chopper switch, and the third parasitic component formed by the chopper switch (i.e. , C P_CH = C GS + C J + C GD + C J ) is copied (i.e., C' P _CH ) and reflected in the positive feedback loop, thereby minimizing the influence of the parasitic capacitance component (C P_CH ).

도 3은 일실시예에 따른 선형 적분기를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram for explaining the linear integrator according to one embodiment in more detail.

도 3을 참조하면, 일실시예에 따른 선형 적분기(300)는 일실시예에 따른 아날로그-디지털 변환회로(ADC)의 입력이 인가되는 첫 번째 엔티티로서 시스템 잡음 및 선형성을 결정하는데 주요한 역할을 수행하므로, 저잡음 및 높은 선형성을 갖도록 설계될 수 있다.Referring to FIG. 3, the linear integrator 300 according to an embodiment is the first entity to which the input of the analog-to-digital conversion circuit (ADC) according to an embodiment is applied and plays a major role in determining system noise and linearity. Therefore, it can be designed to have low noise and high linearity.

일실시예에 따른 선형 적분기(300)는 기 설정된 입력 전압(VINN , VINP)을 수신하는 선형 트랜스컨턱턴스 셀(310)의 동작에 기초하여 입력 전압(VINN , VINP)에 대응되는 제1 출력 신호(IOUTN, IOUTP)를 생성할 수 있다.The linear integrator 300 according to one embodiment is based on the operation of the linear transconductance cell 310 that receives the preset input voltages (V INN , V INP ) . First output signals (I OUTN , I OUTP ) can be generated.

선형 트랜스컨턱턴스 셀(310)은 복수의 연산 증폭기(311)와, 복수의 연산 증폭기(311) 각각의 입력단에 연결되는 복수의 저항(RD)를 포함할 수 있으며, 복수의 저항(RD) 각각은 일 측단을 통해 복수의 연산 증폭기(311) 각각과 연결되고 타 측단을 통해 전원전압(VDD) 라인과 연결될 수 있다.The linear transconductance cell 310 may include a plurality of operational amplifiers 311 and a plurality of resistors (R D ) connected to the input terminals of each of the plurality of operational amplifiers (311), and a plurality of resistors (R D ) Each may be connected to each of the plurality of operational amplifiers 311 through one side end and connected to the power supply voltage (V DD ) line through the other side end.

또한, 선형 적분기(300)는 선형 트랜스컨턱턴스 셀(310)의 출력단에 연결되는 DC 전류 소스(320)를 더 포함할 수 있다.Additionally, the linear integrator 300 may further include a DC current source 320 connected to the output terminal of the linear transconductance cell 310.

한편, 선형 적분기(300)는 잡음 전력 효율을 향상 시키기 위해 복수의 연산 증폭기(311) 각각을 전류 재사용 연산 증폭기로 설계할 수 있다. Meanwhile, the linear integrator 300 may design each of the plurality of operational amplifiers 311 as current reuse operational amplifiers to improve noise power efficiency.

복수의 연산 증폭기(311)를 구성하는 복수의 트랜지스터 중 트랜지스터 M2 및 M4의 게이트 단자를 통해 입력 전압 VINP를 수신하고, 트랜지스터 M1 및 M3의 게이트 단자를 통해 입력 전압 VINN을 수신할 수 있으며, 여기서 트랜지스터 M1 내지 M4는 입력 전압 VINN 및 VINP에 기초하여 트랜스컨턱턴스 증폭기(transconductance amplifier)로 동작할 수 있다. Among the plurality of transistors constituting the plurality of operational amplifiers 311, the input voltage V INP can be received through the gate terminals of transistors M2 and M4, and the input voltage V INN can be received through the gate terminals of transistors M1 and M3, Here, transistors M1 to M4 may operate as a transconductance amplifier based on the input voltages V INN and V INP .

일측에 따르면, 선형 적분기(300)는 선형 트랜스컨턱턴스 셀(310)에서의 유닛 이득 피드백(unit gain feedback)에 의해 입력 전압(VINN , VINP)이 복수의 저항(RD)의 양단에 복사되어 선형적으로 변화하는 전류가 생성되고, 생성된 전류의 변화에 대응되는 제1 출력 신호를 생성할 수 있다.According to one side, the linear integrator 300 stores input voltages (V INN , V INP ) at both ends of a plurality of resistors (R D ) by unit gain feedback in the linear transconductance cell 310. A current that is copied and changes linearly is generated, and a first output signal corresponding to the change in the generated current can be generated.

구체적으로, 선형 적분기(300)는 선형 트랜스컨턱턴스 셀(310)에 의해 생성된 선형적인 전류 변화가 NMOS 트랜지스터에 의해 출력단으로 복사되어, 출력 전류(IOUTN, IOUTP)를 생성할 수 있고, 생성된 출력 전류(IOUTN, IOUTP)는 선형 적분기(300)의 부하 커패시터(load capacitor)로 흘러 들어가기 때문에 선형성이 유지될 수 있으며, 여기서 출력 전류(IOUTN, IOUTP)는 부하 커패시터에 의해 대응되는 전압(즉, 제1 출력 신호)으로 변환될 수 있다.Specifically, the linear integrator 300 can generate output currents (I OUTN , I OUTP ) by copying the linear current change generated by the linear transconductance cell 310 to the output terminal by the NMOS transistor, Linearity can be maintained because the generated output currents (I OUTN , I OUTP ) flow into the load capacitor of the linear integrator 300, where the output currents (I OUTN , I OUTP ) are controlled by the load capacitor. It may be converted to a corresponding voltage (i.e., first output signal).

도 4는 일실시예에 따른 바디 구동 오실레이터를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for explaining in more detail a body driven oscillator according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 아날로그-디지털 변환회로(ADC)에 구비된 양자화기는 선형 적분기로부터 출력된 제1 출력 신호를 수신하는 바디 구동 오실레이터(400)의 동작에 기초하여 제1 출력 신호에 대응되는 제2 출력 신호를 생성하고, 제2 출력 신호를 수신하는 FDC의 동작에 기초하여 제2 출력 신호에 대응되는 디지털 출력 코드(DOUT)를 생성할 수 있다. Referring to FIG. 4, the quantizer provided in the analog-to-digital conversion circuit (ADC) generates a second output signal corresponding to the first output signal based on the operation of the body driving oscillator 400 that receives the first output signal output from the linear integrator. A digital output code (D OUT ) corresponding to the second output signal may be generated based on the operation of the FDC that generates the second output signal and receives the second output signal.

구체적으로, 기존의 게이트 구동 오실레이터는 출력 주파수의 변화가 각 인버터 지연-셀(inverter delay-cell)의 지연(delay) 변화에 의해 나타나게 되고, 이러한 지연 변화는 PMOS 트랜지스터의 전류 변화에 의해 생성된다. Specifically, in a conventional gate driving oscillator, changes in output frequency occur due to changes in the delay of each inverter delay-cell, and these delay changes are generated by changes in the current of the PMOS transistor.

이때, 게이트 구동 오실레이터의 입력 전압(VC)은 PMOS 트랜지스터의 게이트 단자로 인가되며, PMOS 트랜지스터의 Gm 특성이 게이트 구동 오실레이터의 선형성 특성에 크게 영향을 미친다. 즉, PMOS 트랜지스터의 Gm은 비선형적 특성을 갖기 때문에 게이트 구동 오실레이터의 입력 전압에 대한 출력 주파수의 변화는 비선형적인 특성을 갖게 된다.At this time, the input voltage (V C ) of the gate driving oscillator is applied to the gate terminal of the PMOS transistor, and the G m characteristics of the PMOS transistor greatly affect the linearity characteristics of the gate driving oscillator. In other words, since G m of the PMOS transistor has non-linear characteristics, the change in output frequency with respect to the input voltage of the gate driving oscillator has non-linear characteristics.

반면, 일실시예에 따른 바디 구동 오실레이터(400)는 기존 게이트 구동 오실레이터와는 달리 입력 전압(VC+, VC-)이 인버터 지연-셀의 바디(body) 단자로 인가되며, 이에 따라 인버터 지연-셀의 지연 변화는 바디 전압의 변화에 의한 인버터 지연-셀을 구성하는 PMOS 트랜지스터 및 NMOS 트랜지스터 각각의 임계 전압(threshold voltage)의 변화에 의해 나타난다. On the other hand, the body driving oscillator 400 according to one embodiment, unlike the existing gate driving oscillator, input voltage (V C+ , V C- ) is applied to the body terminal of the inverter delay-cell, and accordingly, the inverter delay -The delay change of the cell is caused by the change in the body voltage and the inverter delay-appears by the change in the threshold voltage of each of the PMOS transistors and NMOS transistors that make up the cell.

즉, 일실시예에 따른 바디 구동 오실레이터(400)의 입력 전압 대비 출력 주파수의 변화는 각 트랜지스터의 Gmb 특성에 의해서 나타나며, Gmb는 Gm에 비해 선형적인 특성을 갖기 때문에 일실시예에 따른 바디 구동 오실레이터는 기존 게이트 구동 오실레이터 보다 선형적인 특성을 확보할 수 있다.That is, the change in output frequency compared to the input voltage of the body driving oscillator 400 according to one embodiment is G mb of each transistor. It is expressed by characteristics, and since G mb has linear characteristics compared to G m , the body driven oscillator according to one embodiment can secure more linear characteristics than the existing gate driven oscillator.

도 5a 및 도 5b는 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치의 성능 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다. FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining performance simulation results of an input impedance boosting device according to an embodiment.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도면부호 510 및 520은 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치의 입력 임피던스(ZIN)의 측정 결과를 예시한다. Referring to FIGS. 5A and 5B , reference numerals 510 and 520 illustrate measurement results of the input impedance (Z IN ) of the input impedance boosting device according to one embodiment.

구체적으로, 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치는 MOM 커패시터인 입력 커패시터와 피드백 커패시터 각각의 하부에 접지 라인과 연결된 제1 쉴딩 금속과 제2 쉴딩 금속을 각각 배치하고, 피드백 커패시터의 제1 단자와 연결되는 제1 금속을 배치하며, 제1 금속 하부에 형성되고 피드백 커패시터(C'IN)의 제2 단자와 연결되는 제3 쉴딩 금속을 배치함으로써, 입력 커패시터와 피드백 커패시터로 인한 기생 커패시턴스 성분을 제어할 수 있다.Specifically, the input impedance boosting device according to one embodiment arranges a first shielding metal and a second shielding metal connected to a ground line below each of the input capacitor and the feedback capacitor, which are MOM capacitors, and the first terminal of the feedback capacitor and By arranging the connected first metal and arranging the third shielding metal formed under the first metal and connected to the second terminal of the feedback capacitor (C' IN ), the parasitic capacitance component due to the input capacitor and the feedback capacitor is controlled. can do.

또한, 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치는 피드백 커패시터의 양단에 연결되고 초퍼 스위치와 동일한 사이즈로 형성되는 더미 스위치를 배치함으로써, 초퍼 스위치에 의해 형성되는 기생 커패시턴스 성분을 제어할 수 있다.Additionally, the input impedance boosting device according to one embodiment can control the parasitic capacitance component formed by the chopper switch by disposing a dummy switch connected to both ends of the feedback capacitor and formed to the same size as the chopper switch.

도면부호 510 및 520에 따르면, 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치는 이론 값(unboosted ZIN)과 비교하였을 때 70배 이상의 부스팅 효과를 얻는 것으로 나타났다.According to reference numerals 510 and 520, the input impedance boosting device according to one embodiment was found to obtain a boosting effect of more than 70 times compared to the theoretical value (unboosted Z IN ).

또한, 10개의 멀티 칩에 대한 측정 결과, 일실시예에 따른 입력 임피던스 부스팅 장치는 최소 421MΩ@DC, 147MΩ@1kHz의 입력 임피던스를 달성하였으며, 일실시예에 따른 기생 복제 기술(parasitic replication technique)을 적용하기 위해 전체 시스템의 7%의 면적만을 소비하는 것으로 나타났다.In addition, as a result of measurement on 10 multi-chips, the input impedance boosting device according to one embodiment achieved an input impedance of at least 421MΩ@DC and 147MΩ@1kHz, and the parasitic replication technique according to one embodiment was used. It was found that only 7% of the area of the entire system was consumed for application.

결국, 본 발명을 이용하면, 추가적인 캘리브레이션 또는 트리밍 과정 없이 기생 커패시턴스 성분의 영향을 줄일 수 있다. Ultimately, using the present invention, the influence of parasitic capacitance components can be reduced without additional calibration or trimming processes.

또한, 본 발명을 이용하면, 전력 소모 및 회로 면적에 따른 코스트 증가를 최소화하면서 입력 임피던스를 부스팅할 수 있다.Additionally, using the present invention, the input impedance can be boosted while minimizing the increase in cost due to power consumption and circuit area.

또한, 본 발명을 이용하면, 트리밍 과정을 이용하는 기존 기술 보다 향상된 임피던스 부스팅 성능을 달성할 수 있다.Additionally, by using the present invention, improved impedance boosting performance can be achieved compared to existing techniques using a trimming process.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

100: 입력 임피던스 부스팅 장치 ADC: 아날로그-디지털 변환회로
CIN: 입력 커패시터 C'IN: 피드백 커패시터
110: 제1 쉴딩 금속 110-1: 제1 기생 성분
120: 제2 쉴딩 금속 120-1: 제2 기생 성분
130: 제3 쉴딩 금속 140: 제1 금속
100: Input impedance boosting device ADC: Analog-digital conversion circuit
C IN : Input capacitor C'IN: Feedback capacitor
110: first shielding metal 110-1: first parasitic component
120: second shielding metal 120-1: second parasitic component
130: third shielding metal 140: first metal

Claims (10)

아날로그-디지털 변환회로;
상기 아날로그-디지털 변환회로의 입력단 및 접지 라인과 연결되고, 하부에 제1 쉴딩 금속이 형성된 입력 커패시터;
상기 아날로그-디지털 변환회로의 포지티브 피드백 루프(positive feedback loop) 상에 연결되고, 하부에 제2 쉴딩 금속이 형성된 피드백 커패시터 및
상기 피드백 커패시터의 양단에 연결되고, 상기 입력 커패시터와 상기 제1 쉴딩 금속 사이에 형성되는 제1 기생 성분 및 상기 피드백 커패시터와 상기 제2 쉴딩 금속 사이에 형성되는 제2 기생 성분에 기초하여 입력 임피던스를 부스팅하는 임피던스 부스팅부
를 포함하는 입력 임피던스 부스팅 장치.
analog-digital conversion circuit;
an input capacitor connected to the input terminal and a ground line of the analog-to-digital conversion circuit and having a first shielding metal formed at the bottom;
A feedback capacitor connected to the positive feedback loop of the analog-to-digital conversion circuit and having a second shielding metal formed at the bottom, and
It is connected to both ends of the feedback capacitor, and the input impedance is based on a first parasitic component formed between the input capacitor and the first shielding metal and a second parasitic component formed between the feedback capacitor and the second shielding metal. Impedance boosting unit that boosts
An input impedance boosting device comprising:
제1항에 있어서,
상기 임피던스 부스팅부는,
상기 제1 기생 성분 및 상기 제2 기생 성분을 복사하여 상기 포지티브 피드백 루프에 더하는 방식으로 상기 입력 임피던스를 부스팅하는
입력 임피던스 부스팅 장치.
According to paragraph 1,
The impedance boosting unit,
Boosting the input impedance by copying the first parasitic component and the second parasitic component and adding them to the positive feedback loop.
Input impedance boosting device.
제1항에 있어서,
상기 임피던스 부스팅부는,
상기 피드백 커패시터의 제1 단자와 연결되는 제1 금속과, 상기 제1 금속 하부에 형성되고 상기 피드백 커패시터의 제2 단자와 연결되는 제3 쉴딩 금속을 포함하는
입력 임피던스 부스팅 장치.
According to paragraph 1,
The impedance boosting unit,
Comprising a first metal connected to the first terminal of the feedback capacitor, and a third shielding metal formed below the first metal and connected to the second terminal of the feedback capacitor.
Input impedance boosting device.
제1항에 있어서,
상기 제1 쉴딩 금속 및 상기 제2 쉴딩 금속은
접지 라인과 각각 연결되는
입력 임피던스 부스팅 장치.
According to paragraph 1,
The first shielding metal and the second shielding metal are
Each connected to the ground line
Input impedance boosting device.
제1항에 있어서,
상기 아날로그-디지털 변환회로의 입력단과 연결되는 초퍼 스위치(chopper switch)를 더 포함하는
입력 임피던스 부스팅 장치.
According to paragraph 1,
Further comprising a chopper switch connected to the input terminal of the analog-to-digital conversion circuit.
Input impedance boosting device.
제5항에 있어서,
상기 임피던스 부스팅부는,
상기 피드백 커패시터의 양단에 연결되는 더미 스위치를 더 포함하는
입력 임피던스 부스팅 장치.
According to clause 5,
The impedance boosting unit,
Further comprising a dummy switch connected to both ends of the feedback capacitor.
Input impedance boosting device.
제6항에 있어서,
상기 임피던스 부스팅부는,
상기 더미 스위치를 통해 상기 초퍼 스위치에 의해 형성되는 제3 기생 성분을 복사하여 상기 포지티브 피드백 루프에 더하는 방식으로 상기 입력 임피던스를 부스팅하는
입력 임피던스 부스팅 장치.
According to clause 6,
The impedance boosting unit,
Boosting the input impedance by copying the third parasitic component formed by the chopper switch through the dummy switch and adding it to the positive feedback loop.
Input impedance boosting device.
제6항에 있어서,
상기 더미 스위치는,
상기 초퍼 스위치와 동일한 사이즈로 형성되는
입력 임피던스 부스팅 장치.
According to clause 6,
The dummy switch is,
Formed in the same size as the chopper switch
Input impedance boosting device.
제1항에 있어서,
상기 피드백 커패시터 및 상기 입력 커패시터는,
MOM(metal-oxide-metal) 커패시터인
입력 임피던스 부스팅 장치.
According to paragraph 1,
The feedback capacitor and the input capacitor are,
MOM (metal-oxide-metal) capacitor
Input impedance boosting device.
제1항에 있어서,
상기 아날로그-디지털 변환회로는,
선형 트랜스컨턱턴스 셀(linear Gm cell)을 구비하는 선형 적분기와, 바디 구동 오실레이터(body-driven VCO) 및 FDC(frequency to digital converter)를 구비하는 양자화기를 포함하는 연속시간 델타 시그마 아날로그-디지털 변환 회로인
입력 임피던스 부스팅 장치.
According to paragraph 1,
The analog-to-digital conversion circuit is,
Continuous-time delta sigma analog-to-digital conversion circuit including a linear integrator with a linear transconductance cell (linear Gm cell), a quantizer with a body-driven oscillator (VCO), and a frequency to digital converter (FDC). person
Input impedance boosting device.
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