模数转换器（ADC）作为真实物理世界和数字计算世界之间的桥梁，一直以来在信号链应用领域中扮演着关键角色。随着近年来智能传感、万物互联的蓬勃发展，高性能的模数转换器更受关注。传感器应用下的模数转换器一直朝着更高精度、更高能效的方向发展，然而在传统的设计思路下功耗的降低必然带来性能的损失，所以探索如何在保持精度的同时降低电路的功耗具有十分重要的研究意义和应用价值。浙江大学谭志超研究员团队从模数转换器系统架构和电路技术两个方面入手，提出了一款应用于传感器的高动态范围超低功耗ADC，在仅仅消耗2.87 μW的情况下实现96.9 dB高动态范围，为相同速度和精度条件下目前报道功耗最低的全动态ADC。研究团队通过分析和比较目前较为主流的MASH架构和ZOOM架构，结合二者优点，提出了一款全动态2-0 MASH ADC，同时提出ZOOM架构的工作模式等效为数字前馈通路的观点。这种结构在降低整个系统对于开关电容积分器的摆幅要求的同时，解决了ZOOM ADC由于超量程系数所导致的信噪比损失。在电路设计层面，在高能效电荷域偏置放大器（FIA）和传统相关电平偏移（CLS）基础上，首次提出利用动态体偏置（DBB）的CLS技术，大幅度提高了放大器的增益，使之能够顺利应用在系统中，而其功耗和硬件开销远远小于同指标其他放大器结构。
图1. (a) 传统模拟前馈；(b) zoom架构数字前馈；(c) 提出的带有数字前馈的MASH架构。
根据测试结果，此款ADC能够在1kHz信号带宽，实现94.0 dB信噪失真比（SNDR）和96.9 dB 动态范围（DR），在1.2 V电源下仅消耗2.87 μW，实现了182.3 dB的DR FoM，为近年来相同速度和精度条件下功耗最低的全动态ADC。此项工作对高精度模数转换器的低功耗技术进行了研究与分析，在系统架构与电路结构的优化中探索最优解，所提出的技术在新型智能物联网信号链中具有普遍的应用前景。
图2. (a)提出的动态体偏置CLS技术；(b) 芯片照片。
研究成果以题为“A 1.2-V 2.87-μW 94.0-dB SNDR Discrete-Time 2-0 MASH Delta-Sigma ADC”被IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS（JSSC）期刊收录。浙江大学信电学院谭志超研究员是该工作的通讯作者，孟龄欣为第一作者。
通讯作者
2013年获荷兰代尔夫特理工大学博士学位。2013年至2019年任职于亚德诺半导体（ADI），历任资深工程师、主任工程师。2019年加入浙江大学信息与电子工程学院。谭志超研究员长期从事低功耗混合信号集成电路及传感器接口电路的研究与开发工作。目前担任IEEE Sensors Journal期刊编委（Associate Editor）以及Custom Integrated Circuits Conference（CICC）技术委员会（TPC）成员，先后担任Transactions Industrial Electronics、Transactions on Circuit and System-I期刊编委以及Asian Solid-State Circuits Conference（A-SSCC）等国际会议技术委员会成员。发表期刊/会议论文50余篇，授权美国发明专利5项。
第一作者
2020年于天津大学微电子学院获得学士学位，目前于浙江大学信电学院攻读博士学位，主要研究方向为低功耗高精度模数转换器设计。
详情请点击论文链接：
https://blog.sciencenet.cn/blog-3406013-1368430.html
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