<b>Design of a low-power flash analog-to-digital converter chip for temperature sensors in 0.18 µm CMOS process

Abstract

ABSTRACT. Current paper proposes a simple design of a 6-bit flash analog-to-digital converter (ADC) by process in 0.18 μm CMOS. ADC is expected to be used within a temperature sensor which provides analog data output having a range of 360 mV to 560 mV. The complete system consisting of three main blocks, which are the threshold inverter quantization (TIQ)-comparator, the encoder and the parallel input serial output (PISO) register. The TIQ-comparator functions as quantization of the analog data to the thermometer code. The encoder converts this thermometer code to 6-bit binary code and the PISO register transforms the parallel data into a data series. The design aims to get a flash ADC on low power dissipation, small size and compatible with the temperature sensors. The method is proposed to set each of the transistor channel length to find out the threshold voltage difference of the inverter on the TIQ comparator. A portion design encoder and PISO registers circuit selected a simple circuit with the best performance from previous studies and adjusted to this system. The design has an input range of 285 to 600 mV and 6-bit resolution output. The chip area of the designed ADC is 844.48 x 764.77 μm 2 and the power dissipation is 0.162 μW with 1.6 V supply voltage.Keywords: flash ADC, temperature sensors, serial output.Projeto de um conversor analógico-digital flash de baixa potência para sensores de temperatura em processo CMOS a 0,18 μm RESUMO: Este trabalho propõe um projeto simples de um conversor analógico-digital (ADC) flash de 6-bits por processo de CMOS a 0,18 μm. Este dispositivo está previsto para ser usado dentro de um sensor de temperatura, o que proporciona uma saída analógica de dados dentro de intervalo de 360 mV a 560 mV. O sistema completo consiste em três blocos principais, que são o comparador de tipo (TIQ)-quantização de inversor de limiar, o codificador e o registrador de saída serial, a parte de entrada em paralelo (PISO). O comparador (TIQ) funciona como quantização dos dados analógicos para termômetro. O codificador converte este código de termômetro para código binário de 6-bits e o registrador PISO transforma os dados paralelos em uma série de dados. O objetivo do projeto é obter um ADC flash com baixa dissipação de potência, tamanho pequeno e compatível com os sensores de temperatura. O método é proposto para definir o comprimento de cada canal de transistor, para encontrar a diferença de tensão de limiar do inversor em cada comparador TIQ. Foram selecionadas partes de um codificador circuito registrador PISO em um circuito simples, e apresentaram melhor desempenho em relação aos estudos anteriores e foram ajustados a este sistema. O projeto tem um intervalo de entrada de 285-600 mV e saída de resolução de 6-bits. A área do chip do ADC projetado é 844,48 x 764,77 μm 2 e a dissipação de energia é 0,162 μW, com tensão de alimentação de 1,6 V.Palavras-chave: ADC flash, sensores de temperatura, saída serial.

Design of Power Efficient Analog to Digital Converter

“…This threshold voltage serves as the reference against which the input voltage is compared. The threshold voltage level of the analog input can be adjusted from MSB to LSB by varying the width to length ratio of the PMOS and NMOS [1]. The output of the inverter becomes the digital output code.…”