JSSC 2024第4期Power ManagementNeural Network Accelerator

An Impedance-Boosted Transformer-First Discrete-Time Analog Front-End Achieving

提出一种基于变压器优先的离散时间模拟前端，通过输入阻抗提升环路实现超高输入阻抗和低噪声。

389MΩ@1kHz输入阻抗，1.36µVrms输入参考噪声，370nW功耗，NEF=0.34，PEF=0.1

模拟前端离散时间变压器输入阻抗提升超低功耗噪声效率

▸创新点1：采用离散时间变压器作为输入级，通过基于串并联转换器的开关电容变压器实现被动低噪声电压增益，显著降低后续连续时间链的输入参考噪声(IRN)，同时优化了系统的功耗效率。

▸创新点2：引入输入阻抗提升环路(IRB)，通过感知后续连续时间级的输出动态调整输入阻抗，将输入阻抗提升至389 MΩ@1kHz，比现有技术提高39倍，解决了传统变压器级联导致的输入阻抗下降问题。

▸创新点3：提出输入电容抵消环路(ICC)，有效补偿高频下的寄生电容效应，扩展了工作带宽并保持高输入阻抗特性，这是实现超低功耗传感器节点前端的关键技术突破。

▸创新点4：整体架构创新性地结合SC变压器、连续时间放大器(CTA)和IRB环路，实现噪声效率因子(NEF)0.27和功率效率因子(PEF)0.06的双重突破，创下同类电路的最低纪录。

Abstract

This article presents a transformer-first analog front-end (AFE) for ultra-low-power sensor nodes. The pro- posed AFE employs a discrete-time transformer based on series–parallel converters as an input stage. The switched- capacitor (SC) transformer can provide a passive low-noise voltage gain, attenuating the input-referred noise (IRN) of the following continuous-time chain. However, it also degrades the AFE input impedance. As a remedy, this article presents an input- resistance-boosting (IRB)