طراحي و شبيه سازي مبدل سيگما دلتاي فوق كم مصرف با استفاده از تقويت كننده تمام تفاضلي مبتني بر اينورتر براي كاربرد سمعك ديجيتال

Design and Simulation of Ultra-Low-Power Sigma-Delta Converter Using the Fully Differential Inverter-Based Amplifier for Digital Hearing Aids Application

در اين مقاله، يك مبدل سيگما دلتاي زمان گسسته فوق كم‌مصرف مرتبه دوم، براي كاربرد سمعك پيشنهاد شده است. در تجهيزات پزشكي مانند سمعك كه دايما استفاده مي‌شود، طول عمر باتري و مصرف انرژي مورد توجه است. در مبدل هاي سيگما-دلتا نوعي، OTA ‌ها بيشترين مصرف را دارند. حذف OTAها در مبدل هاي سيگما دلتا همچنان يك چالش محسوب مي‌شود. بنابراين مبدلي با يك تقويت كننده مبتني بر اينورتر ديفرانسيلي كامل خود باياس با اتلاف توان استاتيك 1.15 µW با ولتاژ تغذيه 1 ولت طراحي شده است. اين تقويت كننده مبتني بر اينورتر، به جاي OTA در هر دو طبقه مدولاتور استفاده شده است. ساختار اين مبدل، CIFB ، تك حلقه و تك بيتي است. مدولاتور ديفرانسيل پيشنهادي با استفاده از فناوري استاندارد 180 نانومتر CMOS طراحي و شبيه سازي شده، و مقدار SFDR و SNDR آن به ترتيب برابر با 95.2878dB و 64.004 dB بدست آمده است. فركانس نمونه برداري 2.56 MHz در نظر گرفته شده و پهناي باند سيگنال ورودي برابر با 10 kHz است. اين مدولاتور، تنها 5.1091 µW انرژي مصرف مي كند و FOMW آن برابر با 0.197 pj/step است.

In this paper, an ultra-low-power, second-order, discrete-time sigma-delta converter is proposed for hearing aids application. In portable biomedical devices such as hearing aids that permanently use, the battery lifetime and power dissipation are very considerable. In a typical delta-sigma modulator, the OTAs are the most power-consuming parts. The OTAs elimination in the converters is now challenging. Therefore the converter with a self-biased fully differential inverter-based amplifier was designed with only 1.15 µw static power dissipation at a 1-volt power supply. The inverter-based amplifier was used instead of the OTAs in two stages of the modulator. The modulator’s structure is CIFB, single-loop, and single bit. The proposed differential modulator was designed and simulated using a standard 180 nm CMOS technology, which obtained SFDR and SNDR of 95.2878 dB and 64.004 dB, respectively. The sampling frequency is considered 2.56 MHz, and the input signal bandwidth is 10kHz. The modulator consumes power just about 5.1091 µW, and the FOMW achieves 0.197 pj/step.