JSSC 2023第6期Data Converters55-nm CMOS

A 496-μW 15-bit Self-Timed Dynamic-Ampliﬁer-Based Incremental Zoom ADC Y uyan Li

提出一种15位自定时增量式ADC，适用于事件驱动应用，功耗低至496μW。

93-dB SNR, 0.37 ms转换时间, 4.96-µA电流, 1-V电源, Schreier FoM 177.3 dB

自定时ADC增量式ADC动态放大器动态元件匹配斩波技术

▸创新点1：异步zoom ADC结构（系统创新）。该结构结合了增量型和zoom型ADC的优势，通过异步时钟控制实现事件驱动采样，避免了传统同步时钟的功耗浪费，显著降低了功耗至496μW，同时保持15-bit高精度。

▸创新点2：全差分自定时动态放大器积分器（电路创新）。采用动态放大器替代传统运放，通过自定时机制动态控制放大器工作周期，解决了动态放大器的时序匹配难题，在1V电源下仅消耗4.96μA电流，实现93dB SNR的高能效转换。

▸创新点3：动态元件匹配(DEM)与斩波技术的协同应用（方法创新）。DEM技术抑制电容失配误差，斩波技术消除动态放大器的1/f噪声，二者结合使无过采样时钟下仍达到177.3dB Schreier FoM，面积仅0.23mm²。

▸创新点4：事件驱动型低功耗架构（系统创新）。通过完全异步设计消除空闲周期功耗，转换时间0.37ms内完成15-bit量化，特别适合IoT等间歇性工作的应用场景。

Abstract

A 15-bit self-timed incremental analog-to-digital converter (ADC) for event-driven applications is presented. It is based on an asynchronous zoom ADC structure and a fully differential self-timed dynamic-a mpliﬁer (DA)-based integrator. Dynamic element matching (DEM) and chopping techniques mitigate the mismatch and noise. Measurements show that the ADC without oversampled clock achieves 93-dB SNR in a conversion time of 0.37 ms while consuming only 4.96- µA current from a 1-V supply. This corre