An Energy-Efficient Discrete-Time Delta–Sigma Modulator With Dynamic-Range Enhancement and Tri-Level CDAC

三角积分调变 动态范围 航程(航空) 西格玛 能量(信号处理) 物理 材料科学 光电子学 光学 量子力学 CMOS芯片 复合材料
作者
Cong Wei,Rongshan Wei,Lijie Huang,Gongxing Huang,Jinze Lai,Zhichao Tan
出处
期刊:IEEE Journal of Solid-state Circuits [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:59 (9): 2848-2857 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jssc.2024.3371878
摘要

This article presents a dynamic range (DR) enhanced discrete-time delta–sigma modulator (DTDSM) applied to the Internet of Things (IoT). It is based on an asynchronous 1.5-bit successive-approximation-resister (SAR) quantizer and a tri-level feedback capacitive digital-to-analog converter (CDAC), eliminating the dynamic element matching (DEM) overhead. The proposed DR enhancement (DRE) technique based on a variable threshold ( $V_{\text{TH}}$ ) allows the system to achieve maximum benefits at different input amplitudes. The system is configured in a high loop gain mode at small input amplitudes, providing the system with a stronger noise-shaping (NS) capability. The system is configured in the maximum stable amplitude (MSA) mode for large input amplitudes. In addition, we modified the working model of the cascoded floating inverter amplifier (FIA) in the weak inversion region. The prototype DTDSM is implemented in a 180-nm CMOS process, achieving a 94.7-dB DR and 92.4-dB signal-to-noise-and-distortion ratio (SNDR) at a 700-Hz bandwidth with only 2.3- $\mu$ W power consumption. As a result, the Schreier figure-of-merit (FoM) for SNDR and DR is 177.2 and 179.5 dB, respectively.

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