JSSC 2022第10期Power Management110nm

A 0033-mm 2 215-aF to 1149-aF Resolution Continuous-Time Capacitance-to-Digital

一种高分辨率连续时间电容-数字转换器，适用于大寄生电容环境。

110nm CMOS, 1.5V, 120μW, 21.5-59aF分辨率, 14.3位有效分辨率

电容-数字转换器连续时间ΔΣ调制电流传送器高分辨率寄生电容隔离

▸创新点1：采用电流传送器（CC）前端隔离寄生电容（CP），有效解决了高寄生电容（>400 pF）环境下的信号干扰问题，显著提升了系统的信噪比和测量精度。这一方法创新通过隔离CP与调制器的第一积分器，实现了在复杂环境下的高分辨率检测。

▸创新点2：类AB配置的电流传送器设计，能够在高寄生电容条件下保持能量效率和分辨率。这一电路创新通过优化电流传送器的工作模式，降低了功耗（仅120 μW），同时确保了21.5–59 aF的高分辨率检测能力。

▸创新点3：直接耦合连续时间ΔΣ调制器，简化了信号路径，提高了系统的响应速度和稳定性。这一系统创新通过将CC的输出电流直接耦合到调制器，减少了信号损失和噪声引入，实现了14.3 bits的有效分辨率和1.2 ms的快速转换时间。

▸创新点4：在110-nm CMOS工艺中实现了仅0.033 mm²的超小面积设计，同时支持0.2–1.5 pF的输入范围和119.4 aF的高分辨率检测。这一工艺创新通过优化布局和电路设计，显著降低了芯片成本并提升了集成度，适用于便携式和嵌入式应用场景。

Abstract

This article presents a continuous-time (CT) delta–sigma ( ) capacitance-to-digital converter (CDC) intended for use in applications with high capacitance resolution (tens of aF), and a large parasitic capacitance C P (>400 pF). It consists of a current conveyor (CC) front-end and a CT modulator. The CC-based front-end isolates CP from the ﬁrst integrator of the modulator, and the CC’s output current is directly coupled to the CT modulator. The CC uses a class- AB conﬁguration, which ena