I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.   7 ,   No .   1 Mar ch   2 0 1 8 ,   p p 1 2 ~2 0   I SS N:  2 089 - 4 864 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es. v7 . i1 . p p 12 - 20          12       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR E S /in d ex   An   Ul tra Lo w  P o w er CMO Sig m a  Delt a  A DC Mo dula tor   for Sy ste m - on - chi p   (SoC)  Te m pera ture  S enso r   for Aeros pa ce  Ap plica tions       Dee pa k   P ra s a d ,   Vij a y   Na t h   De p a rte m e n o f   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g ,   Birl a   In stti t u te o f   T e c h n o lo g y ,   M e sra ,   Ra n c h i,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   5 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   2 0 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Feb   7 ,   2 0 1 8     In   th e   c u rre n p a p e r,   a n   a c c u ra te  w it h   lo w   p o we c o n su m e d   si g m a   d e lt a   ( ΣΔ )   a n a lo g   to   d ig it a c o n v e rter  h a b e e n   d e sig n e d   f o th e   a e ro sp a c e   a p p li c a ti o n s .   T h e   sig m a   d e lt a   A DC h a b e e n   d e sig n e d   in   su c h   a   w a y   th a it   w o rk s f in e   w it h   c o n su m p ti o n   o f   lo w   p o w e a n d   h ig h   a c c u ra c y   in   th e   sy ste m   o n   c h ip   (S o C)   tem p e r a tu re   se n so w h e re   th e   a n a lo g   o u t p u f ro m   th e   te m p e ra tu re   s e n so u n it   w il b e   th e   fe d   to   th e   a n a lo g   to   d ig it a c o n v e rter .   T o   c h e c k   th e   r o b u st n e ss ,   d if fe re n p a ra m e ters   w it h   v a ria ti o n   h a b e e n   a n a ly z e d T h e   h ig h   g a in   o p e ra ti o n a a m p li f ier   p la y a   v it a ro le  in   th e   c ircu it s   de sig n .   H e n c e ,   a   3 0   M Hz   o p e ra ti o n a a m p li f ier  h a s   a lso   b e e n   p ro p o se d   w h o se   u n it y   g a in   b a n d w id th   (UG B)  h a b e e n   o b se rv e d   o f   a b o u 3 0   M Hz ,   5 1 . 1 d d c   g a in   a n d   sle w   r a te   (S R)  o f   a b o u 2 7 . 9   V µs e c .   F o th e   p ro p e o p e ra ti o n   o f   th e   c ircu it ,   a   p o w e su p p ly   o f   + 1 . 3 V   to   - 1 . 3 V   is   u se d .   T h e   p r o p o se d   sig m a   d e lt a   A DC   m o d u lato is  sh o w in g   b e tt e re s u lt o v e p re v io u sly   d e sig n e d   m o d u lato i n   term o f   p o w e c o n su m p ti o n ,   e rro a n d   p e rf o rm a n c e .   T h e   d e sig n   a n d   sim u latio n   h a v e   b e e n   tes ted   w it h   th e   h e lp   o f   c a d e n c e   a n a lo g   d e sig n   e n v iro n m e n w it h   UMC  9 0 n m   CM OS  p r o c e ss   tec h n o l o g y .   K ey w o r d s :   C lo ck ed   co m p ar ato r   C MO S   DAC   I n teg r ato r   Op - a m p   Sig n al  to   No is R at io   ( SNR )       Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Dee p ak   P r asad ,     Dep ar te m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   B ir la  I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y ,   Me s r a,   R an c h i - 8 3 5 2 1 5 ,   J h ar k h an d ,   I n d ia .   E m ail: p r asad d ee p ak 0 0 7 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   co n tin u o u s   i n n o v atio n   o f   tech n o lo g y   h as  d e m an d ed   an   en tire   cir cu it  s y s te m   to   b e m b ed d ed   o n   s in g le  c h ip .   S y s te m - on - ch i p   te m p er atu r s e n s o r   r eq u ir es  h i g h   p er f o r m a n ce ,   leas in ac c u r ate,   m o r ef f icien t,  r eliab le  a n d   r o b u s an alo g   to   d ig i tal  co n v er ter   wh i ch   ca n   b u s ed   to   co n v er th a n alo g   s i g n a l   r ec eiv in g   f r o m   t h te m p er atu r s e n s o r   i n to   d ig ital  d o m ain .   T h d ata  in   d ig ita d o m ai n   is   m u c h   s a f er ,   ca n   b e   tr an s f er r ed ,   co p ied   ea s ily   co m p ar ed   to   an a lo g   d o m ai n .   I n   ter m s   o f   ac cu r ac y   an d   h i g h   s ig n al  to   n o is r ati ( SNR ) ,   s ig m d elta  ( Σ Δ )   A DC   is   th b est  ch o ice  in   co m p ar ed   to   av ailab le  A DC   as  th e y   ca n n o g a in   v er y   h i g h   ac cu r ac y .   T h s ig m d elta  ( Σ Δ )   A D C   co m p r is es  o f   t w o   p ar i.e .   s ig m d elta  m o d u lato r   an d   d ig ital  f ilter .     T h m o d u lato r   p ar co m b i n es   s a m p li n g   at  t h e   r ate  eq u al  a n d   ab o v to   N y q u i s r ate  w it h   n e g ati v f ee d b ac k   w h ile  t h p r ec ed in g   d ig ital  f ilt er   ex ch an g es  t h a m p li tu d f o r   th r eso lu tio n   i n   ti m e.   F u r t h e r m o r e,   s ig m d elta  ( Σ Δ )   A D C   h a s   ca p ab ilit y   to   to ler ate  th i m p er f ec tio n   o f   a n al o g   cir cu it  u p   to   g r ea e x te n d .   Sig m d elta  ( Σ Δ )   p r o v id es th i m p le m e n tatio n   o f   h i g h   d en s it y   a n d   co m p lex   a n alo g   cir cu it.   T h er ef o r it  b ec o m es  th e   f ir s p r io r ity   to   r ea lize  in   s y s te m - on - c h ip   ( So C ) .   T h b lo ck   d i ag r a m   o f   s ig m d elta  m o d u lato r   is   s j o w u n   in   Fig u r 1 .   T h d esig n ed   s i g m d elta  ( Σ Δ )   A D C   m o d u l ato r   co n s is t s   o f   a n   in te g r ato r .   T h f o r w ar d   p ath   o f   h i g h   o r d er   s i g m a   d elta  ( Σ Δ )   A D C   m o d u la to r   co n tai n s   m o r t h a n   o n e   in te g r ato r   w h ic h   n o   d o u b t o f f e r s   g r ea t r eso lu tio n   b u t u n f o r tu n atel y   it s u f f er s   f r o m   p o ten tial   in s tab il it y   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Ho w e v er ,   s i n g le  o r d er   s ig m d elta  ( Σ Δ )   A D C   m o d u lato r   m a y   b ca s ca d ed   to   g et  p r ec is g ain .   T h o r d er   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       A n   Ultr a   Lo w   P o w er C MOS   S ig ma   Delta   A DC   Mo d u la to r   fo r   S ystem - on - ch ip   ( S o C )   … ( De ep a P r a s a d o )   13   s ig m d elta   ( Σ Δ )   ADC   m o d u lato r   v ar ies  w i th   its   ap p licati o n s .   T h in p u s ig n al   to   s i g m d elta  ( Σ Δ )   A D C   m o d u lato r   is   s a m p led   at  h i g h   f r eq u en c y   a n d   th u s   t h co n v er s io n   o f   a n alo g   s i g n al  in to   d ig ital  p u ls tak e s   p lace .   T h b ad   f ilter in g   p r o ce s s   r esu lt i n to   g e n er atio n   o f   d ig i tal  p u ls e n g u l f ed   o f   u n w a n te d   n o is [3 ] ,   [ 4 ].           Fig u r e   1 .   B lo ck   d iag r a m   o f   s i g m d elta  m o d u la to r       T h r eso lu tio n   o f   o b tain ed   o u tp u i s   d ir ec tl y   d ep en d en o n   t h o r d er   o f   m o d u lato r   a n d   th e   s a m p li n g   r atio   w h ic h   is   d ec id ed   at  th m o d u lato r   s tag e.   E ar iler   th an ti - alia s i n g   f ilter   w as  b ein g   co n s id er ed   b u t     th p r in cip le  o f   o v er s a m p li n g   r atio   en d s   th r eq u ir e m en t   o f   it,  s in ce   n o w   t h an a lo g   i n p u s ig n al  ca n   b e   s a m p led   d ir ec tl y   u s i n g   o v er s a m p lin g   c lo ck   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   Hen ce ,   an   i m p r o v ed   an d   ac c u r ate  u ltr lo w   p o w er   s ig m a   d elta   ( ΣΔ)   A D C   m o d u lato r   h a s   b ee n   d esi g n ed   a n d   ar g u e d   in   th is   p ap er .   T h r est  o f   t h ar t icle  is   p atter n ed   as   f o llo w s .   Sectio n   I I   en lig h te n s   th p r o p o s ed   cir cu it’ s   co n f i g u r atio n   w it h   t h d etailed   d ep ictio n   o f   ea ch   u n it.  Sectio n   I I I   is   d ed icate d   to   th r esu lts   an d   d is c u s s io n .   Fi n all y ,   s ec tio n   IV   w r ap s   u p   th w o r k   an d   th ar ticle   en d s   w i th   co n cl u s io n s   a n d   ac k n o w led g es  to   th e   f u n d in g   a g en c y   I n d ian   Sp ac R esear ch   Or g an iza tio n   ( I S R O)   ( I n d ia) T h s ig m a   d elta  ( Σ Δ )   A D C   m o d u lato r   s h o w n   in   Fig u r e . 1   co n s is t s   o f   a   d i f f er en ce   a m p li f ier ,     an   i n te g r ato r ,   co m p ar ato r ,   f l ip   f lo p   an d   D A C   i n   t h f ee d b ac k   lo o p   o f   t h m o d u la to r .   T h in p u t   an alo g   s ig n al  h a s   b ee n   p ass ed   th r o u g h   s ev er al  p r o ce s s es  li k o v er s a m p lin g ,   q u atiza t io n   an d   n o is s h ap in g   b ef o r it   co m e s   in to   p u ls e   tr ai n   at   o u tp u t.  B o th   t h co n v er s io n   p r o ce s s es s   i.e .   a n alo g   to   d i g ital   ( ADC)  a n d   d ig i tal  to   an alo g   ( D AC )   co n s er v e s   v i t al  s p ac in   m o d er n   tec h n o lo g y   [ 8 ] ,   [ 9 ].       2.   P RO P O SE CIR CUI T   CO NF I G URAT I O N   2 . 1 .     O pera t io na l A m pli f ier   T h w id ap p licatio n s   o f   o p er atio n al  a m p lifie r   m ak e   it  a   k e y   i n g r ed ien to   m a n y   a n alo g   s y s te m s .   B asicall y   it  co n s is t s   o f   d i f f er en tial  a m p li f ier   w h ic h   a m p lif ie s   t h d i f f er e n ce   b et w ee n   t w o   i n p u s i g n als.     T h d if f er en tial  a m p li f ier   als o   p r o v id es  r eq u ir ed   g ain .   T o   f u r th er   i m p r o v is t h g ai n   o f   an   o p er atio n al   a m p li f ier ,   s ec o n d   s tag o f   co m m o n   s o u r ce   s ta g is   att ac h ed .   Miller   co m p e n s at io n   t ec h n iq u h a s   b ee n   i m p le m en ted   h er f o r   th s tab ilit y   o f   s y s te m .   On   t h o th er   h an d ,   co u p lin g   ca p ac ito r   f o u n d   it  p lace   i n b et w ee n   th co m m o n   s o u r ce   a m p li f ier s   i n p u a n d   f i n al  s ta g o f   d if f er en tia a m p li f ier .   Fi g u r 2   s h o w s   t h s ch e m atic   o f   p r o p o s ed   o p er atio n al  am p lif ier .   Mo s tl y   t h f ee d b ac k   in   o p er atio n al  am p li f ier   is   i m p o s ed   to   m ak e     th tr an s f er   f u n c tio n   o f   s y s te m   i n d ep en d ed n o f   g ai n .   B u in   h ig h   f r eq u en c y   ap p licatio n s ,   as  th f r eq u e n c y   in cr ea s es,  g ai n   s li g h tl y   d ec r ea s es  a n d   m a k in g   tr a n s f er   f u n ct io n   u n s tab le.   T o   av o id   th is   u n s tab lil t y ,   o p - a m p s   m u s b ch o s e n   o f   b r o ad   b an d   f o r   h i g h   f r eq u e n c y   ap p lic atio n s .   T h s izes  o f   d if f er en t   tr an s is to r s   u s ed   in   Fii g u r 2   ar tab u lated   in   T ab l 1 .   T h t w o   s ta g ar ch itec tu r h as   th d is ad v a n ta g o f   h av in g   t w o   i m p ed a n ce   n o d es  w h ic h   ar in d icate d   b y   an d   B   d u to   w h ic h   t w o   p o le  w ill  b d o m i n a n w h ic h   w il d eter io r ate  th p h a s m ar g in   o f   t h o p   a m p .   Hen ce ,   Miller   ca p ac ita n ce   (       )   h as  b ee n   i n tr o d u ce d   b et w ee n   A   a n d   B   to   r eso lv it.  T h ch o s en   v a lu m u s t   s atis f y   th f o llo w in g   eq u at io n   [ 1 0 ] .                                   ( 1 )     W h er e,   co u p lin g   ca p ac ito r   is   d en o ted   b y   C c   w h ile  lo ad   ca p ac ito r n   is   ex p r ess ed   as  C L .   Si m i lar l y ,     th u n it y   g a in   b an d w id t h   p r o d u ct   ( GB )   is   ter m ed   as ,       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   1 Ma r et   2 0 1 :   1 2     20   14                   ( 2 )     W h er e,   g m is   th i n p u tr an s co n d u cta n ce .   Fo r   th g a in - b an d w id th   p r o d u ct  to   b h i g h   th i n p u tr an s co n d u ctan ce   s h o u ld   b h ig h ,   b y   m ak in g   t h ch a n n e l s   o f   MN 1   an d   MN 2   w id e.   Si m ilar l y   t h o u tp u t   ca p ac itan ce   s h o u ld   b lo w .           Fig u r e   2 .   P r o p o s ed   s ch e m a tic  o f   Op - a m p       Var iatio n   in   W   an d   L   ca n   b m ad b y   u s in g   f o llo w in g   E q u a tio n   ( 3 ) .                                ( 3 )     Sle w   r ate  d ec id es   t h c u r r en f lo w i n g   i n   t h tr a n s i s to r   M N5 ,   an d   i s   d eter m in ed   b y   h o w   f ast  ca n   b c h ar g ed   an d   d is ch ar g ed .   T h is   is   g i v en   b y   E q u a tio n   ( 4 )                                ( 4 )     T h asp ec r atio   o f   tr an s is to r   MP 3   is   d ec id ed   b y   t h p o s iti v in p u c o m m o n   m o d r an g e.   Ou tp u p o le  s h o u ld   b ass u m ed   at  th lo ca tio n   wh ich   i s   ap p r o x   2 . 2   ti m es  f o r   p h ase  m ar g i n   o f   6 0 º .   Hen ce ,   g m 6   is   d eter m i n ed   b y     th f o llo w i n g   E q u atio n   ( 5 )                         (         )   ( 5 )       T ab le  1 .   S izes   o f   T r an s is to r   Utilized   in   C ir c u it 2   T r a n si st o r   W i d t h   ( W )   L e n g t h   ( L )   U se d   i n     M P 1   1 0 µ m   0 . 1 8   µ m   F i g . 2     M P 2   1 0 µ m   0 . 1 8   µ m   F i g . 2   M P 3   1 0 µ m   0 . 1 8   µ m   F i g . 2   M P 4   0 . 5 µ m   0 . 1 8   µ m   F i g . 2   M N 1   1 . 0 8   µ m   0 . 1 8   µ m   F i g . 2   M N 2   1 . 0 8   µ m   0 . 1 8   µ m   F i g . 2   M N 3   2 . 1 6   µ m   0 . 1 8   µ m   F i g . 2   M N 4   2 . 1 6   µ m   0 . 1 8   µ m   F i g . 2   M N 5   1 . 5 1   µm   0 . 1 8   µ m   F i g . 2   M N 6   0 . 6   µ m   0 . 1 8   µ m   F i g . 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       A n   Ultr a   Lo w   P o w er C MOS   S ig ma   Delta   A DC   Mo d u la to r   fo r   S ystem - on - ch ip   ( S o C )   … ( De ep a P r a s a d o )   15   2 . 2 .     Dif f er ence   a p m lifie a n d inte g ra t o r   Dif f er en ce   a m p li f ier   co m es   u n d er   th e   li s o f   ap p licatio n s   o f   o p er atio n al  a m p li f ier .   T h d esig n   o f   d if f er e n ce   a m p li f ier   u s e s   t w o   s tag o p er atio n al  a m p lifie r .   Sin ce   it  s h o w s   g o o d   v o lta g g ain ,   C M R R ,   s le w   r ate,   it is   ad o p ted   h er e .   T h d if f er en ce   a m p l if ier   is   b asicall y   h av i n g   t w o   i n p u t te r m i n als i.e .   V 2   an d   V an d   o n e   o u tp u ter m i n al  ( V out ) .   T h o u tp u i s   t h d i f f er e n ce   o f   t h t w o   i n p u t s .   O n   t h o th er   h a n d ,   T h C MO S   in te g r ato r   p er f o r m s   m ath e m atica o p er atio n   o n   i n p u t   an d   p r o d u ce s   an   o u tp u w h ic h   i s   p r o p o r tio n   to     th in teg r al  o f   t h in p u v o lta g e.   Fig u r e s   3   an d   4   s h o w   th s ch e m atic  o f   d i f f er e n ce   a m p li f ier   an d   in te g r ato r .   I n teg r ato r   i s   t h i m p o r tan t   b u ild in g   b lo ck   u s ed   i n   t h d e si g n   o f   co n tin u o u s   t i m e   f ilter s   [ 1 1 ].   T h ch a n g e   i n     th co m b in a tio n   o f   r esis tan ce   an d   ca p ac ito r   v alu es  ch an g e s   th v al u o f   R C   ti m co n s tan w h ich   f u r t h er   af f ec ts   t h r ate  o f   ch a n g o f   o u tp u v o ltag e.           Fig u r 3 .   Sch e m atic  o f   d i f f e r e n ce   a m p li f ier           Fig u r 4 .   Sch e m atic  o f   i n te g r ato r       I d ea lly   t h s u m m a tio n   o f   p r ev io u s   o u tp u t                  an d   p r ev io u s   in p u t                  g iv e s   th o u tp u t   o f   th i n te g r ato r .                                                  ( 6 )     T h co n s tan       r ep r esen ts   th g ain   p r ec ed in g   th i n p u to   in te g r ato r .   E q u atio n   ( 6 )   is   co r r esp o n d in g   to   th tr an s f er   f u n ctio n   o f   an   i d ea l in teg r ato r   s h o w n   i n   E q u at io n   ( 7 ) .                                     ( 7 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   1 Ma r et   2 0 1 :   1 2     20   16   2 . 3 .     Co m pa ra t o r   I n   co m p ar to   o t h er   u n it s   o f   s ig m d elta  ( Σ Δ )   A D C   m o d u l a to r ,   co m p ar ato r   is   th m o s f u n d a m e n ta l   co m p o n e n as  t h co m p ar is o n   o f   t w o   d if f er en a n alo g   i n p u ts   s ig n al  an d   m ak o u o f   s in g le  d ig ital  o u tp u t   s ig n al  h a v b ee n   d o n i n   th is   u n it.  I t   h a s   v ita i m p ac o n   th e   p er f o r m a n ce   a n d   r eliab ili t y   o f   t h d es ig n ed   ci r cu it.    T h s ch e m at io o f   p r o p o s ed   co m p ar ato r   is   s h o w n   in   Fi g u r 5 .   T h in p u o f f s et  v o ltag e,   d ela y   an d   th r an g o f   th i n p u s i g n al  d ec id es  th s p ee d   an d   r eso l u t io n   o f   a n alo g   to   d i g ital  co n v e r ter   [ 12 ]. T h b asic  p r o p er ty   o f   t h co m p ar ato r   is   to   ta k t h a n alo g   i n p u a n d   g iv e s   b i n ar y   o r   d ig ital  o u tp u t.    C lo ck ed   co m p ar ato r s   ar o f te n   ca lled   d y n a m ic  co m p ar ato r .   R e g en er ati v f ee d b ac k   i s   o f t en   u s ed   i n   d y n a m ic  co m p ar ato r   an d   o cc asio n all y   i n   n o n   clo c k ed   co m p a r ato r .   D y n a m ic  co m p ar ato r   is   u s ed   in   th d esig n   o f   h ig h   s p ee d   A D C s .     2 . 4 .     f li p f lo p   T h u s ed   D   f lip   f lo p   h a s   t h r ee   in ter co n n ec ted   R S   latc h   cir c u its .   I n   d esi g n in g ,   a n y   o f   N A N o r   NOR   ca n   b u s ed .   W h e n   clo ck   g e ts   lo g ic  1 ,   t h o u tp u la tch   g et s   is o lated   f r o m   an y   i n p u c h an g es  as  th o u tp u t   o f   th t w o   m id d le  in p u g ates   is   f o r ce d   to   g et   lo g ic   0 .   On   th e   o th er   h a n d ,   t h i n p u t   lat y ch   w it h   an   ille g al  s tate  w il a u to m at ic  r es u m it s   latc h in g   ac tio n ,   w h e n   l o g ic  0   i s   tr ig g er ed   b y   clo ck .   Fi g u r e   6   d ep icts   t h s c h e m ati c   o f   p r o p o s ed   f lip - f lo p .           Fig u r e   5 P r o p o s ed   s ch e m atic  o f   co m p ar ato r           Fig u r e   6 P r o p o s ed   s ch e m atic  o f   f lip - f lo p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       A n   Ultr a   Lo w   P o w er C MOS   S ig ma   Delta   A DC   Mo d u la to r   fo r   S ystem - on - ch ip   ( S o C )   … ( De ep a P r a s a d o )   17   2. 5   1   bit  DAC   B asicall y   d ig i tal  s i g n al  o r   co d is   co n v er ted   in to   an alo g   v o lt ag o r   cu r r en b y   u s i n g   d ig ital   to   an alo g   co n v er ter   ( DAC).   T h DAC   is   co m p r is ed   o f   r ef er en ce   v o ltag (           ,   s u p p l y   v o lta g (          an d   an alo g   o u tp u t.  T r u an alo g   q u an ti t y   h as  n o b ee n   o b s er v ed   at  th o u tp u o f   th d i g ital  to   an alo g   co n v er ter   ( D A C ) .   T h s ch e m at ic  o f   p r o p o s ed   1   b it  DAC  is   s h o w n   in   Fig u r 7 .   T h o u tp u is   f o u n d   in   p s e u d o   an alo g   q u an ti t y .   T h n u m b er   o f   i n p u b it s   s h o u ld   b in cr ea s ed ,   s i n ce   th o b tain ed   an alo g   o u tp u is   p r o p o tio n al  to   its   d ig italp u l s i n p u t.  T h er ef o r t h s tep   s ize   g e ts   r ed u ce d   an d   d u to   h i g h er   n u m b er   o f   b it s ,   th o u tp u t   s ee m s   to   b   an alo g   s i g n a l.           Fig u r e   7 .   P r o p o s ed   s ch e m atic  o f   1   b it DA C       3.   RE SU L T S   A ND  AN AL Y SI S   T h co m p o n en t s   a n d   t h f i n a d esi g n ed   s i g m a   d elta  m o d u lato r   ar s i m u lated   u s i n g   U MC  9 0 n m .   T h o u tp u g ain   o f   o p er atio n al  a m p lif ier   is   d ep icted   in   Fi g u r 8 .   W h ile  t h s i m u lated   r esu lt s   o f   d if f er en ce   a m p li f ier   as  s h o w n   i n   Fi g u r 9 ,   in teg r ato r   as  s h o w n   in   Fig u r 1 0 ,   C o m p ar ato r   as  s h o w n   in   Fi g u r 1 1 ,   f lip - f lo p   as  s h o w n   i n   Fi g u r 1 2 ,   1 b it  DA C   as  s h o w n   i n   Fig u r 1 3   an d   s ig m d elta  m o d u lato r   as  s h o w n   in   Fig u r 1 4 .   C o m p ar is o n   o f   w o r k   d o n in   t h is   p ap er   h as b ee n   co m p ar ed   in   T ab le  2 .             Fig u r e   8 .   Ou tp u g ai n   o f   o p er atio n al  a m p li f ier     Fig u r e   9.   Ou tp u t r es u lt o f   d if f er en ce   a m p li f ier     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   1 Ma r et   2 0 1 :   1 2     20   18         Fig u r e   10 Ou tp u t r es u lt  o f   i n t eg r ato r     Fig u r e   11 .   Ou tp u t r es u lt o f   clo ck ed   co m p ar ato r             Fig u r e   12 .   Ou tp u t r es u lt o f   f lip   f lo p     Fig u r e   13 Ou tp u t r es u lt o f   1   b it D A C       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       A n   Ultr a   Lo w   P o w er C MOS   S ig ma   Delta   A DC   Mo d u la to r   fo r   S ystem - on - ch ip   ( S o C )   … ( De ep a P r a s a d o )   19       Fig u r e   14 .   Ou tp u t r es u lt o f   S ig m Delta  ( Σ Δ )       T ab le  2 .   C o m p ar is o n   w i th   So m Ot h er   R ec en t W o r k   F a c t o r   [ 5 ]   [ 1 3 ]   [ 1 4 ]   [ 1 6 ]   [ 1 7 ]   [ 1 8 ]   [ 1 5 ]   [ 1 9 ]   T h i W o r k   P r o c e ss  T e c h n o l o g y   0 . 1 8 µ C M O S   1 3 0 n C M O S     1 8 0 n C M O S   M A TL A B   0 . 1 8 µ C M O S   0 . 3 5 m C M O S   0 . 3 5   µ m   C M O S   0 . 1 3 n C M O S   9 0 n C M O S   A r c h i t e c t u r e   F l a sh   S i g ma  D e l t a   S i g ma  D e l t a   S i g ma  D e l t a   S i g ma  D e l t a   S i g ma  D e l t a   F l a sh   F l a sh   S i g ma  D e l t a   I n p u t   V o l t a g e   0   t o   1 . 8 V   1V   2V     1V   3 . 3 V   3V   1 . 5 V   1 . 3 V   S N R   ---   7 8 d B   ---   8 2 d B   8 5 . 2 d B   8 5 d B   7 3   d B   --   6 2 d B     P o w e r     d i ss i p a t e d   3 6 . 2 3 mW   6 8 µ W   6 . 4 5 µ W   --   1 . 9 6 mW   2 0 0 mW   3 4 1 mW   1 6 0 mW   5 4 µ W       4.   CO NCLU SI O N   I n   th p r esen p ap er ,   an   u ltra   lo w   p o w er   s i g m d elta  ( Σ Δ )   ADC  m o d u la to r   w h ich   is   h i g h l y   u s e f u i n   s y s te m   o n   ch ip   ( SO C )   te m p e r atu r s e n s o r   f o r   ae r o s p ac a p p licatio n s   h as   b ee n   d escr ib ed .   C o m p ar is o n   o f   w o r k   d o n e   in   th is   p ap er   h a s   b ee n   co m p ar ed   in   T ab le  2 .   T h e   ea ch   u n it   o f   s ig m d el ta  d elta  ( Σ Δ )   ADC   m o d u lato r   is   e x a m in ed   an d   m o d eled   h er e.   T h p r o p o s ed   s ig m d elta  d elta  ( Σ Δ )   A D C   m o d u la to r   w o r k s   u tili zi n g   m in i m a p o w er   s u p p ly   o f   +1 . 3 to   - 1 . 3 V.   T h av er ag p o w er   o f   5 4   µW   is   d is s ip ated   w it h   th s m ap li n g   f r eq u e n c y   o f   5 0 MH z.       ACK NO WL E D G E M E NT S   W ar th an k f u to   R E SP O ND  I SR O,   B an g alo r f o r   f u n d in g   th i s   r esear ch   w o r k .   T h s an c tio n   n u m b er   is   I SR O /R E S /3 /6 7 9 /1 5 - 16 W also   th an k f u l   to   P r o f .   S.  P al ,   HOD  E C E ,   P r o f .   S.  Ko n ar ,   Dea n     ( SR   &   F A )   an d   P r o f .   M. K.   Mish r a,   Vice - ch a n ce llo r ,   B I T   Me s r R an c h f o r   p r o v id in g   i n f r astru ct u r f ac il it y   to   ca r r y   o u t t h i s   r esear ch   w o r k .       RE F E R E NC E S   [1 ]   J.  C.   Ca n d y ,   De c i m a ti o n   f o sig m a   d e lt a   m o d u latio n ,   IEE T ra n s.  Co m m u n .,  v o l.   COM - 3 4 ,   p p .   7 2 -   7 6 ,   Ja n .   1 9 8 6 .   [2 ]   S.  A rd a lan   a n d   J.  P a u lo s,  A n   a n a ly sis  o f   n o n l in e a b e h a v io in   d e lt a - sig m a   m o d u lato rs,”  IE EE   T ra n s.  Circu it S y st.,   v o l.   CA S - 3 ,   p p .   5 9 3 - 6 0 3 ,   J u n e   1 9 8 7 .   [3 ]   S .   R.   No rsw o rth y ,   R.   S c h re ier  a n d   G .   C. T e m e s,  D e lt a   S ig m a   d a ta  c o n v e rters T h e o r y ,   De si g n   a n d   S im u latio n , ”  Ne w   Yo rk ,   IEE p re ss ,   1 9 9 6 .   [4 ]   N .   M u k a h a a n d   S .   H.  Ru sla n ,     A   9 3 . 3 6   d B,   1 6 1   M Hz   CM OS  Op e ra ti o n a T ra n sc o n d u c tan c e   Am p li f ier  (O TA f o r   a   1 6   Bit   P ip e li n e   A n a lo g   to   Dig it a Co n v e rter  (A DC),”  In te rn a ti o n a Jo u r n a o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter   En g in e e rin g   (IJECE),   v o l.   2 ,   p p .   1 0 6 - 1 1 1 ,   F e b   2 0 1 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   1 Ma r et   2 0 1 :   1 2     20   20   [5 ]   M .   M a ru f u z z a m a n ,   S   Z.   A b id in ,   M .   B.   I.   Re a z ,   L .   F .   Ra h m a n ,     De sig n   o f   3   b it   A DC   in   0 . 1 8 µm   CM OS  P ro c e ss ,   T e lk o m n ik a   In d o n e sia n   Jo u rn a o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   v o l.   1 2 ,   p p .   5 1 9 7 - 5 2 0 3 ,   Ju ly   2 0 1 4 .   [6 ]   Y.  F a n ,   Y.  Hu ij in g ,   L .   Ga n g ,     A   Hig h   P e rf o r m a n c e   S ig m a -   D e l ta  A DC  f o A u d io   De c o d e Ch ip ,   T e l k o m n ik a ,   v o l.   1 1 .   P p .   6 5 7 0 - 6 5 7 6 ,   No v .   2 0 1 3 .   [7 ]   S .   H.  A rd a lan   a n d   J.   J.  P a u l o s,  A n   a n a ly sis o f   n o n   li n e a b e h a v io u r   in   d e l ta sig m a   m o d u lato r,   IE EE   T ra n s.  c ircu it a n d   sy s.  V o l.   3 4 ,   pp - 5 9 3 - 6 0 3 ,   Ju n e   1 9 8 7 .   [8 ]   R.   T h a n k a c h a n ,   K.  R   Ja y a k rish n a n   a n d   T .   S h a h a n a ,   De si g n   o f   1   b it   D A C   f o d e lt a   sig m a   m o d u lato r,   in   I n tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   Em e r g in g   T re n d s in   T e c h n o l o g y   a n d   A p p li e d   S c ien c e s ,   2 0 1 5 ,   p p - 19 - 2 2 .   [9 ]   B.   Ra z a v i,   De si g n   o f   CM OS  A n a lo g   In teg ra ted   Circu it s” ,   M c G ra w   Hill ,   Ca li f o rn ia,  1 9 9 8 .     [1 0 ]   P . E. A ll e n   a n d   D.R. Ho l b e rg ,   CM OS  c ircu it   d e sig n ,   Ox f o rd   In d ian   Ed it i o n ,   2 0 0 9 .   [1 1 ]   V .   D.  Ka m a th ,   Ov e r v ie w   o f   OP - A M P   a n d   OT A   b a se d   in teg ra to rs”   In tern a ti o n a Jo u r n a o f   in n o v a ti v e   re se a r c h   in   e lec tri c a l,   e l e c tro n ics ,   in stru m e n t a ti o n   a n d   c o n tr o e n g in e e rin g ,   Vo l - 3 ,   p p - 74 - 8 1 ,   S e p tem b e 2 0 1 5 .   [1 2 ]   S .   R.   No rsw o rth y ,   R.   S c h re ier  &   G .   C.   T e m e s,  De lt a   S ig m a   Da t a   Co n v e rters T h e o ry ,   De sig n   a n d   S im u latio n ,   Ne w   Yo rk ,   IEE p re ss , 1 9 9 8   [1 3 ]   K.  L .   Krish n a ,   T .   Ra m a sh ri,   D.  Re e n a ,     A   1 V   se c o n d   o r d e d e lt a   sig m a   A DC  in   1 3 0 n m   CM OS,   in   In tern a ti o n a l   Co n f e re n c e   o n   In f o rm a ti o n   Co m m u n ictio n s an d   Em b e d e d   S y ste m s,  F e b . 2 0 1 4 .   [1 4 ]   H.  Do si,  R.   A g ra w a l,   L o w   p o w e 8   b it   a n a lo g   to   d ig it a c o n v e rter  in   1 8 0 n m   CM OS  tec h n o lo g y , In tern a ti o n a l   Jo u rn a o f   S c ien c e   a n d   Re se a rc h   ( IJSR)   Vo l - 2 ,   p p .   4 1 7 - 4 1 8 ,   Ju ly   2 0 1 3 .   [1 5 ]   W .   Ya n g ,   D.  Ke ll y ,   I.   M e h r,   M .   T .   S a y u k   a n d   L .   S in g e r,     A   3 V   3 4 0 m W   1 4 b   7 5   M sa m p le/s  C M OS  A DC  w it h   8 5 d B   S F DR a Ny q u ist   I n p u t”,  IE EE   Jo u r n a o f   S o li d   S tate   Circu i ts,   v o l.   3 6 . ,   p p .   1 9 3 1 - 1 9 3 6 ,   De c .   2 0 0 1 .   [1 6 ]   Y.  S h a o ju n ,   T .   Zi q u a n ,   J.  Yu e m i n g   a n d   D.  Na i y in g ,     T h e   d e sig n   o f   m u lt b it   sig m a   d e lt a   A DC  m o d u lat o r,   in   2 nd   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   m e a s u re m e n in f o r m a ti o n   a n d   c o n tr o l,     Ch in a ,   2 0 1 3 .   [1 7 ]   M .   A .     S o h e l,   K.  C.   K.  Re d d y ,   S .   A .   S a tt a D e sig n   o f   lo w   p o w e sig m a   d e lt a   A DC   In tern a ti o n a J o u r n a o f   V L S I   d e sig n   a n d   c o m m u n ica ti o n   sy ste m s,  v o l - 3 ,   p p .   6 7 - 8 0 ,   A u g u st 2 0 1 2 .   [1 8 ]   J.  C.   M o rizio ,   M .   Ho k e ,   T .   K o c a k ,   C.   Hu g h e s,  J.   P e rry ,   S .   M a d h a v a p e d d i,   M .   H.   Ho o d ,   G .   L .   H.  Ko n d o h ,   T .   Ku m a m o to ,   T .   O k u d a ,   H.  No d a ,   M .   Ish iw a k i,   T .   M ik a n d   M .   Na k a y a   1 4   b it   2 . 2   M S /s  sig m a   d e lt a   AD C”   IEE E   Jo u rn a o f   so li d   sta te circ u it ,   Vo l - 3 5 ,   p p .   9 6 8 - 9 7 6 ,   J u ly   2 0 0 0 .     [1 9 ]   S a n d n e C,   Clara   M ,   S a n tn e A ,   Ha rti g   T ,   Ku tt n e F .   6 - b it   1 . 2 - G S /s  lo w   p o we f las h   A DC   in   0 . 1 3   µm   d ig it a CM OS.   IEE E   Jo u rn a o f   S o li d - S t a te Ci rc u it s.   2 0 0 5 v o l .   4 0 ,   p p .   1 4 9 9 - 1 5 0 5 .   Ju ly   2 0 0 5 .       B I B L I O G R AP H O F   AUT H O RS       De e p a k   P ra sa d   w a b o rn   in   D h a n b a d   (Jh a rk h a n d I n d ia   in   1 9 9 0 .   H e   re c e iv e d   h is  Ba c h e lo d e g re e   in   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g i n e e rin g   f ro m   R G P V   B h o p a in   2 0 1 2   a n d   M a ste d e g re e   in   El e c tro n ics   a n d   I n stru m e n tatio n   f ro m   T h e   Bu rd w a n   Un iv e rsit y   in   2 0 1 5 .   He   h a c o m p lete d   h is  M   T e c h   p ro jec w o rk   f ro m   CS IR - Ce n tral  In stit u te  o f   M in i n g   &   F u e Re se a rc h   (CIM F R)  Dh a n b a d   o n   th e   to p ic  o f   De sig n   stra ta  d e f o rm a ti o n   i n d ica to r   f o u n d e rg ro u n d   c o a m in e s”   u n d e t h e   g u id a n c e   o f   S e n io S c ien ti st  Dr.   P .   K.  M is h ra .   He   h a q u a li f ied   GA T 2 0 1 3   a n d   G AT 2 0 1 5   su c c e ss f u ll y .   P re se n tl y   h e   is  w o rk in g   a Ju n io Re se a rc h   F e ll o w   in   IS RO  P r o je c e n ti tl e d   De sig n   o f   u lt ra   lo w   p o w e CM OS  (Co m p lem e n tar y   M e tal  Ox id e   S e m ico n d u c to r)   tem p e ra tu re   se n so f o a e ro sp a c e   a p p li c a ti o n .   He   is  a lso   p u rsu i n g   P h o n   th e   sa m e   to p ic  u n d e t h e   g u id a n c e   o f   Dr.  V i jay   N a th ,   De p a rtme n o f   El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g ,   Birl a   In stit u te  o f   T e c h n o lo g y ,   M e sra   Ra n c h i,   Jh a rk h a n d .   His  re se a rc h   a re a   in c lu d e a n a lo g ,   d ig it a l,   m ix e d   CM OS  V L S c ircu it s,  lo w   p o w e V L S c ircu it s,  A DC,   D A C ,   P T AT   c ir c u it s.  His d e sig n   is   se l e c ted   in   T o p   6   a ll   In d ia Ca d e n c e   De sig n   Co n tes t - 2 0 1 6   o rg a n ize d   b y   Ca d e n c e   Co m p a n y   Ire lan d .   He   h a a ro u n d   8   p u b li c a ti o n i n   n a ti o n a a n d   in ter n a ti o n a c o n f e re n c e s.            Dr.  V ij a y   Na th   re c e iv e d   h is  b a c h e lo r' d e g re e   in   P h y sic a n d   m a s ter' d e g re e   in   El e c tro n ics   f ro m   DD G o ra k h p u Un iv e rsity ,   In d ia  in   1 9 9 8   a n d   2 0 0 1 .   He   re c e iv e d   a   P G DCN   f ro m   M M M   En g in e e rin g   Co ll e g e   G o ra k h p u (G o ld   M e d a li st)  in   1 9 9 9 .   He   re c e i v e d   h is  P h . D.  i n   V L S De sig n   &   T e c h n o lo g y   f ro m   Dr.  RM A v a d h   Un iv e rsity ,   F a i z a b a d   in   a ss o c iatio n   w it h   CEE RI -   P il a n in   2 0 0 8 .   He   w a a   m e m b e o f   th e   f a c u lt y   o f   th e   De p a rtm e n o El e c tro n ics ,   DD G o ra k h p u r   Un iv e rsit y ,   G o ra k h p u (2 0 0 2 - 2 0 0 6 ).   In   2 0 0 6 ,   h e   jo in e d   a a   f a c u lt y   m e m b e in   th e   De p a rt m e n o El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   En g in e e rin g ,   Birl a   In stit u te  o f   T e c h n o l o g y   M e sr a ,   Ra n c h i,   In d ia.   Cu rre n tl y   h e   is  P r o f e ss o In - c h a rg e   o V L S De sig n   L a b   &   E m b e d d e d   S y ste m   De sig n   Lab ,   De p t.   o f   ECE ,   BIT   M e sra ,   Ra n c h i.     Hi re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   a n a l o g ,   d ig it a l,   m ix e d   CM OS  V L S c ircu it s,  l o w   p o w e V L S c ircu it s,  A DC,  DA C,   P T AT ,   CM OS  b a n d g a p   v o lt a g e   re f e re n c e ,   p iez o re sistiv e   p re ss u re   se n so rs,  d o u b le  ri n g   c a p a c it iv e   p re ss u re   se n so rs,  M E M S   se n so rs ,   sig n a l - p ro c e ss in g   c ircu it s,  A S ICs,  e m b e d d e d   sy ste m d e si g n s,  sm a rt  c a rd iac   p a c e m a k e r,   a n d   e a rl y   sta g e   c a n c e d e tec ti o n .     He   h a to   h i c re d it   a ro u n d   1 0 0   p u b li c a ti o n in   in tern a ti o n a j o u r n a ls  a n d   c o n f e re n c e s.  He   is  a   m e m b e o f   s e v e ra re p u ted   p ro f e ss io n a a n d   a c a d e m ic  b o d ies   in c l u d i n g   IET E,   IS V E ,   a n d   IEE E .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.