JSSC 2021第7期Data Converters0.18-µm CMOS

A9 7 - n Trms 704-ms Magnetic Biosensor Front-End for Detecting Magneto-Relaxat

一种用于检测磁纳米颗粒弛豫的低噪声磁传感器前端，具有18位Zoom ADC和先进噪声抑制技术。

9.7 nTrms噪声, 4.32 mW功耗, 1.8V电源

磁传感器噪声抑制Zoom ADC磁纳米颗粒弛豫检测

▸创新点1：动态元件匹配(DEM) - 该方法创新性地应用于磁传感器前端，通过周期性切换元件配置，有效消除传感器和模拟前端的1/f噪声，显著提升信噪比(SNR)，实现9.7 nTrms的超低输入参考噪声。

▸创新点2：磁阻相关双采样(MRCDS) - 电路创新技术，结合磁阻传感器特性设计专用双采样架构，在保留信号带宽的同时抑制低频噪声，使系统FoM较传统磁传感器提升6.6倍。

▸创新点3：快速建立米勒补偿(FSMC) - 放大器电路创新，通过改进米勒补偿网络动态特性，在保持相同相位裕度下将建立时间缩短40%，降低放大器功耗至4.32mW@1.8V。

▸创新点4：18位Zoom ADC系统集成 - 系统级创新，将高精度ADC与噪声抑制技术协同设计，在0.18μm CMOS工艺下实现210倍于同类产品的FoM提升，支持704ms长时磁弛豫检测。

Abstract

This article reports a low-noise magnetic sensor front-end with an 18-bit Zoom ADC for detecting temporal mag- netic nanoparticle (MNP) relaxation. Techniques such as dynamic element matching (DEM) and magnetoresistive correlated double sampling (MRCDS) are proposed to remove the sensor and analog front-end (AFE) 1/f noise while a fast-settling Miller com- pensation (FSMC) technique is proposed to reduce the ampliﬁer power. Collectively, these result in state-of-the-art input-referred noise perf