A Single-Bit 2nd-Order Delta-Sigma Modulator with 10-μm Column-Pitch for a Low Noise CMOS Image Sensor

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 polymerase chain reaction (PCR) 응용에 적합한 저잡음 CMOS 이미지 센서에 사용되는 컬럼-패러럴 analog-to-digital converter (ADC) 어레이를 위한 cascaded-of-integrator feedforward (CIFF) 구조의 단일 비트 2차 델타-시그마 모듈레이터를 제안하였다. 제안된 모듈레이터는 CMOS 이미지 센서에 입사된 빛의 신호에 해당하는 픽셀 출력 전압을 디지털 신호로 변환시키는 컬럼-패러럴 ADC 어레이를 위해 하나의 픽셀 폭과 동일한 10μm 컬럼 폭 내에 2개의 스위치드 커패시터 적분기와 단일 비트 비교기로 구현하였다. 또한, 모든 컬럼의 모듈레이터를 동시에 구동하기 위한 주변 회로인 비중첩 클록 발생기 및 바이어스 회로를 구성하였다. 제안된 델타-시그마 모듈레이터는 110nm CMOS 공정으로 구현하였으며 12kHz 대역폭에 대해 418의 oversampling ratio (OSR)로 88.1dB의 signal-to-noise-and-distortion ratio (SNDR), 88.6dB의 spurious-free dynamic range (SFDR) 및 14.3비트의 effective-number-of-bits (ENOB)을 달성하였다. 델타 시그마 모듈레이터의 면적 및 전력 소비는 각각 970⨯10 μ㎡ 및 248μW이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, a single-bit 2nd-order delta-sigma modulator with the architecture of cascaded-of-integrator feedforward (CIFF) is proposed for column-parallel analog-to-digital converter (ADC) array used in a low noise CMOS image sensor. The proposed modulator implements two switched capacitor integrators and a single-bit comparator within only 10-μm column-pitch for column-parallel ADC array. Also, peripheral circuits for driving all column modulators include a non-overlapping clock generator and a bias circuit. The proposed delta-sigma modulator has been implemented in a 110-nm CMOS process. It achieves 88.1-dB signal-to-noise-and-distortion ratio (SNDR), 88.6-dB spurious-free dynamic range (SFDR), and 14.3-bit effective-number-of-bits (ENOB) with an oversampling ratio (OSR) of 418 for 12-kHz bandwidth. The area and power consumption of the delta-sigma modulator are 970⨯10 μ㎡ and 248 μW, respectively.

목차 (Table of Contents)

• Abstract
• 요약
• 1. Introduction
• 2. Proposed Single-Bit 2nd-Order Delta-Sigma Modulator
• 3. Experimental Results
• 4. Conclusion
• REFERENCES

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