Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  6, N o . 1 ,  Febr u a r y   201 6,  pp . 90 ~98  I S SN : 208 8-8 7 0 8 D O I :  10.115 91 /ij ece.v6 i 1.8 693          90     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  High Sp eed P o wer Effi ci ent CM OS Inverter Bas e d Current  Comparator in UMC 90 nm Technology      V eepsa  Bha t i a * ,   N e et a Pandey ** , A s o k  Bha t t a cha r yy a**  *Indira  Gandh i Delhi Techn i cal Univ ersity  for   Women, Delhi, I ndia  **Delhi  Tech nological University , Delh i, India      Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received  J u l 31, 2015  R e vi sed Oct  4,   2 0 1 5   Accepted Oct 20, 2015      A novel power-speed efficient current comp arator is proposed i n  this paper .   It comprises of only  CMOS inv e rters in   its stru cture ,  em plo y in g a sim p le  biasing method. The structur e offers simp licity  of  design. It posesses the ver y   desirable featur es of high speed a nd low power dissipation ,  making this  structure  a highly  desir a ble one  for va rious curr ent mode applications.  The  simulations have been performed us ing UMC 90  nm CMOS tech nolog y  and   the results demonstrate the propagation de lay  of about 3.1 ns and t h e averag power consumption of 24.3 µW for 300 nA  input current  at supply voltag e  of   1V.   Keyword:  CMOS Inv e rter  Current C o m p arator  Po wer di ssi pat i o n   Pro p a g at i o n de l a Tran sco n duct a nce   Copyright ©  201 6 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Veepsa Bhatia,   Depa rt m e nt  of  El ect roni cs  an d C o m m uni cati on  En gi nee r i n g,   In di ra  Ga nd hi   Del h t i  Tec hni c a l  Uni v ersi t y  f o r   Wom e n,  Kashm e re Gat e , Del h i,  In dia.   Em a il: v eep sa@g m a il.co m       1.   INTRODUCTION   Current m ode signal proce ssing in  CMOS technology has  received  gr ea t interest in the past fe decade s  [1]-[9]. Of num e rous c u rre n t mode  building  bloc ks t h at e x is t, a c u rre n t com p arator  is one   fu n d am ent a l  bl ock t h at  fi nd s usa g e i n   va ri o u s a ppl i cat i ons  s u ch  as t e m p erat ur e se nso r s,   ph ot o - s e ns ors ,   cu rren t Sch m i tt Trig g e rs, cu rren t - m o d e  An al o g  to   Di g ital co nv erters, o s cillato rs,  cu rren t to  freq u e n c y   con v e r t e rs,  ne u r al  net w o r k s f unct i o ge nera t o rs et c.  [ 1 0] -[ 20]     For an e fficie n t current c o m p arator , th e m o st i m p o r tan t  requ irem en t is a fast ti m e  resp onse fo ll o w ed   by its accurac y . Num e rous a r chitectures of curre nt com p arators ha ve been put fort h i n  the literature  but the   ear liest k n o w n tr u e  CMO S  cu rr en t co m p ar ato r  w a s pr oposed  b y  Fr ietas an d  C u rr en t in [ 2 0 ] . Th is stru ctur was  based  o n  t h e u s e o f  a si m p le current  m i rror  fo r c u r r e nt com p ariso n  p u r p o se.  H o weve r, it wa s lim i ted by   its sp eed of  o p eratio n. To  imp r ov u pon  th i s  li m ita tio n ,  the curren t  co m p arat o r s u s i n a no n lin ear  positiv feed bac k  we re  pr o p o s ed i n  [ 22] - [ 23] In  [ 2 2]  t h e  first true lo w i n pu t i m p e dance current com p arator wa s   p r op o s ed . Th is circu it u s ed  a sou r ce  fo llo wer inp u t  stag to  ob tain  low  in pu t resistan ceb u t  it su ffers  fro m   lo ng er  resp on se ti m e  fo r low  in pu t curren t s,  wh ich  lim i t s  i t s pe rf orm a nce.  [2 3]  P r o p o sed  t w o C M OS c u r r en t   co m p arato r  stru ctures to  ob tain  b e tter reso lu tion  and   offset th an  th at  attain ed  with [22].  One  of these  stru ctures u tilizes cu rren t switch i n g  as in  [2 2 ]  to  ob tain  a lin ear tran sien t ev o l u tion  do m i n a ted  b y  a Miller   capacitance. Second structure,  the current steering c o m p arator a n  alte rnate principle to reduce Miller effec t   ex h i b its b e tter tran sien t respon se alon g   with h i g h -reso l u tion .  Bu t th e po si tiv e feedb ack   ap p lied  at th in pu led  to a lower sen s itiv ity wh ich ,  i n  t u rn , l o wered  the sp eed   fo r l o inp u t  lev e ls. Variou s st ru ct u r es  su bsequ e n tly w e r e   pr opo sed in  [24 ] - [ 30 ] to ov er  co m e  th e li m i tatio n s  posed   b y  th p r ev iou s  stru ctur es, each  havi ng i t s  o w n  respect i v e m e ri t s  and  dem e ri t s . In [ 2 4] , t h e st ruct u r e o f   [2 2]  has  been  m odi fi ed t o  i n cl ude  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 6 ,  N o . 1 ,  Febru a ry  2 016   : 9 0   –  98  91 class AB   o p er at i on i n   or der  t o  red u ce t h e  vol t a ge  swi n g, t h us  resul t i ng i n  g r eat er  spee d at  sm al l i n p u t   currents . T h e s t ructure  propos ed i n   [ 25]  i s   m odi fi cat i o n  of  [ 22]  t o   o b t a i n  a fast   resp ons e t i m e  al on g wi t h   l o w i n put  i m pedance  by  ap pe ndi ng t w o i n ve rt ers t o  t h e st r u ct ure o f  [ 22] . F u rt her, i n   [2 6]  t h e st ruct u r e o f  [2 2]  has  bee n  m odi fi ed  fo re duci n g  del a y  t i m es. It  em pl oy di ode -c on nect ed  NM O S  a n d P M OS t r a n si st o r s t h a t   rest ri ct  t h e i n p u t  t r a n si st or s f r o m  ent e ri ng  de ep s ubt hres h o l d  re gi on  o f   ope rat i o n .  Si nce t h i s  st ruct ure  re q u i r es   t w o wi de wi dt h di o d e - co n n e c t e d t r ansi st o r s  st acked t o ge ther, h e n ce it lea d s to  th e co m p licatio n  in  th e circu i t   to po log y .   M a ny  st ruct ure  em pl oy  feed b ack  m echanism in order t o  reduce i n   put  re sistance, the r e b y increa sing  t h e spee d. S u c h  st ruct ure s  ha ve bee n  re po rt ed i n  [ 27] - [ 30] . [2 7]  Em pl oys a resi st i v e fe edbac k   net w or k i n  a  current - source inve rting  am p l ifier at inpu t st ag o f  [22 ]  in   o r d e r to red u ce th e i n pu resistan ce. Th is lead s t o  a  high s p eed curre nt com p arat or t h at offe rs  low i n pu re sistance for increased  i n put   cur r ent  si nki n g  a n d   so urcing  cap a b ilities. [28 ]  Propo ses a con tin uo us-tim cu rren t  co m p arat o r  t o  ach i ev sh ort respon se d e lay  t i m e , l o w po wer c o n s um pt i on, sm al l  area and  pr ocess  ro bust n ess.  It  em pl oy s a C M OS com p l e m e nt ary  a m p lifier two  resistiv e-lo ad  am p l ifiers and  t w o CMOS i nverters. A transistor  work ing  i n  lin ear reg i on serv es  as the negative  feedback resis t or of  th e CMOS co m p le m e n t ary am p lifier .  Th e stru ct u r e o ffers low in pu t and  out put   i m pedance,   o w i n t o   t h e resi st i v e feed bac k . The s l o i n p u t  and  out put  res i st ances decre a se  t h e   v o ltag e  swing s  th ereb y redu cin g  th resp on se ti m e  o f  th e ci rcu it.  [29 ]  Em p l o y s a feedb a ck  system  to  th e in pu t   stage of [22] that allows  high-s pee d  operation at low curren t s  an d al so c ons um es l e sser po wer t h an  [2 2] . T h e   cu rren t co m p arato r  in   [30 ]  is d e v e lop e d by ap p l yi ng  positiv e feedb a ck  co n c ep t arou nd  an  activ e b l ock  nam e ly CC-II  and gi ves a  hi gh s p ee d re sponse.  Furt her ,   [3 1] -[ 34]  em pl oy  va ri o u bi asi n g t echni que s t o  r e duce  i n p u t  i m peda nce  an h e nce ac hi ev e   hi g h er s p eed s of o p e r at i on  w h i l e   m a i n t a i n i ng l o we r p o we con s um pt i on.  Speci fi cal l y , si m p l e  bi asi ng  m e t hod  i s   use d   i n  [3 1]  and   [ 33]  whe r e a [ 32]  uses ne gat i v fe edbac k  sc hem e  at the transi m p edance stage  with a n  aim  to  ach iev e  a  very larg e loo p -g ain   wh ile m a i n tain ing  th e tran sform e d  v o ltag e  sign al g a in at th e lo west swing  in order t o  ac hi eve s p ee   The  quest to  devel o p m o re  efficient st ruct ures  th at m eet the c r iteria  of hi gh spe e d a n d acc uracy   al on wi t h  a d di t i onal   feat u r es suc h   as l o w  p o we di ssi pa t i on i s   o n - g oi n g A u t h ors  h a v e  al so  p r o p o se d t w o   su ch  stru ctur es in  [3 4 ]-[3 5 ] .   In  [34 ] , a curre nt com p arator  com p rising a c u rrent  differe n ce stage, a  gai n  stage   wi t h   no n l i n ea r  feed bac k  a n an  out put  st a g e  has  bee n   pr o p o se d.  It  use s  a  cur r ent  m i rro st ruct u r e as  a c u r r ent   diffe re nce sta g e and a CM OS inve rter is  use d  as t h outp u t  stag for  rail to   rail swing .  Fu rt h e r, in   [3 5 ]   a low  po we r, hi gh  sp eed an hi g h  r e sol u t i o n c u r r e n t  com p arat or  has bee n   pr o p o se d as an i m pro v em ent  up on  [2 2]   whe r ein the  ga in stage  has  be en m odified leadin g  to a si g n i fican t im p r ov emen t in  th e d e l a y.   In t h i s   pa per ,  we ha ve  pr o p o s ed a hi g h  spee d, l o po wer c u r r ent  c o m p arat or st r u ct u r e ep l o y i ng  on l y   CMOS inv e rters as t h b a si c bu ild ing   b l ock s A CM OS in v e rter is a fund am en tal b l o c k  in th d i g ital  i n t e grat e d  ci rc ui t  desi gn t e c h ni q u es.  It  fi nd s  wi de  usa g e i n   im pl em ent a t i o of  va ri o u s st r u ct u r es as  re po rt ed i n   [36]-[40], that are m a de exclusivel y ou t o f   CMO S  in v e r t er s th us o f f e r i ng  symmetr y o f  str u ctur e, endo w e d   with  all  q u a lities of t h e CMOS inv e rter. Th e curren t  co m p arato r  pro p o s ed in  t h is work has h i g h l d e sirab l f e a t u r es   o f   s p ee d  an d pow e r  ef f i ciency with ease  of ope ration  usi n UM C  9 0   nm  C M OS t echn o l o gy .          2.   PR OPOSED  C URR EN T COM P AR A T OR  The  pr o pose d  hi g h  s p ee and  l o po w e r co ns um pt i on c u r r ent  c o m p arat or de si gn  base o n   con v e n t i onal   C M OS i n vert e r  i s  sh ow n i n  Fi gu re 1 .   The architecture  consists of  three stages of  CMOS  inve rters: a bi as stage (A 1 ),  an input stage  (A 2 wh ich  accep ts th e inp u t  cu rren p u l se  an d  tran slates  it in to   co rresp ond ing   v o ltag e  lev e l an d an ou tpu t  st ag (A 3 ) to ob t a in  a  fu ll swing   o u t p u t       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJECE   ISS N 2088-8708    High  S p e ed  Power  Efficien t   CMOS  In verter Ba sed   C u rren t  Co mp ara t o r   i n   UMC 90  n m  …   (Veep sa  Bhatia 92   (a)     (b )     Fi gu re  1.  Pr o p o se d C M OS  i n vert er  B a sed  C u r r ent  C o m p arat or  St ruct ure  ( a ) t r a n si st o r  c o nfi g u r at i o n ,   (b ) e qui val e nt   sym bol  re prese n t a t i o n       The operational  concept of propose d  curre nt  c o m p arator design  ca be  elucidated  as follows. A 1   com p ri ses of a  sho r t e gat e  d r ai n C M OS i n vert er  (M 1 -M 2 ). Th e prim ary f u n c tion   o f  th is  stag e is to  p r ov id e a  co nstan t   v o ltage b i as  of  ab ou t  V DD / 2  to  th e  in p u t  s t ag e   A 2 Ar ou n d  t h i s  c o m m on m ode v o l t a ge  of  V DD /2 ,  th vol t a ge si gn al  swi n g at  X ca n be m a i n t a i n ed as sm al l as  pos sible and si tuated  exactly around the i n verter  t h res hol d vol t a ge of A 2 This  ens u res  a  very high s p eed operation  of the  curre n t com p arator. T h e tra n sist or  l e ngt h s   a nd wi dt hs rat i o s W 1 /L 1  and  W 2 /L 2  of  A 1  a r e set   i n  o r de r t o   obt ai n t h req u i r e d   bi as. T h i s  ca be   veri fi e d   by  eq uat i n g  t h e sat u rat i on  d r ai n c u rre nt  eq uat i o of  PM OS  an NM OS  si nce  b o t h  M 1  and  M 2  b e i ng  d i od e co nn ected  MOSFETs  will o p e rate i n  the satu ration   reg i on   o f  op erati o n.        22 21 11 n o x g s t n d s p o x sg t p sd WW CV V V C V V V LL      (1 )       2 1 2 2 1 1 no x g s t n d s po x s g t p s d W CV V V L W CV V V L           (2 )     Fo r sm all ch ann e l leng th s,  λ   (cha n n el  m odu l a t i on c o ef fi ci ent )  ca n not   be i g n o r ed Hence ,  by   fi xi ng   t h e cha nnel  l e ngt h an d su bst i t u t i ng t h e t y p i cal  val u es of  t echn o l o gy  de pen d e n t  param e t e rs l i k λ , Vt and  k ʹ (µC ox ), t h e a s pect  rat i o of  t w devi ces c a n be cal c u l a t e d u s i n g eq  (1 ) an d ( 2 ). T h e  i n p u t  st age  A 2  als o   servi n g as t h e t r ansim p edanc e  stage c o nsists  of M 3 -M 4 In th is  n o v e l ap pro ach, the inpu t curren t  Ii n   which  is  the diffe re nce  of signal and refe re nce current is in j e cted  in to  th e d r ain  term in al o f  in pu t stag e. A  cor r es ponding voltage   level  with res p ect to the input curr ent pulse is ge nerate d at node X. Essentially; this  vol t a ge l e vel  a ppea r i n g at  X i s  a pot e n t i a l  dr op ac r o ss r o3  || r o4  whe r r o3  and  r o4  are  out put resistances  of M 3   and M4 res p e c tively. This i s  also  a m eas ure  of  net tra n sim p edance i n   th e circu it.  No te t h at an   o u t p u t   resistance r oi  is ap pr ox im atel y in v e r s ely pro por tio n a l to  t h e dr ain  cu rr en t I di , i.e. r oi  = l/ ( λ I di ) in  satu ration   regi on  of  ope r a t i on. T h e key  poi nt   here i s  t h at  t h e I in  sh o u l d  v a ry  t h e v o l t a ge at  X by  a sm al l am ount  onl y   whi c ca n be  sense d  by   t h e  out put   st age.  Thi s   e n s u res   t h e hi g h   s p ee d ope rat i o n of   t h com p arat o r  ci rcui t .   Di m e nsi ons o f  M 3 -M 4  are chose n  taking int o  consi d eration the  i nve rse  r e l a t i onshi p bet w een t h drai n  cur r en t   and r oi  to ensure a large sen s itiv ity o f   V x   with  resp ect t o  I in . Thus, eve n  a   sm all input  signal will cause  large  v a riation s  in  t h e po ten tial at n o d e  X. At t h e sam e  t i m e,  th e ab sen ce  o f  an y in pu t sig n a l will cause th e   p o t en tial at X t o   d r o p , th ereby resu lting  in a lo w vo ltag e  lev e l at X.  Non - i d ealities in  th e form  o f   fin ite  in pu t   im pedance  o f   out put   st age  wi l l  affect  t h e  pe r f o r m a nce of  t h e ci rcui t .   The v o l t a ge ge nerat e d at  nod e X feeds  the transistors of  output stage (M 5 -M 6 ). The tra n sistor pai r   (M 5 -M 6 ) se nse s  t h e di st i n ct i o ns ap pl i e d i n  t h e f o rm  of gat e  vol t a ge a n out put hi g h  o r  l o v o l t a ge a s  l ogi ‘1 ’  or  lo gic ‘ 0 .  T h is in verte r   (A 3 ) pro d u ces  fu ll swing   o u t pu t withou t d e grad ing  th e sp eed   o f  th e circu it.          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 6 ,  N o . 1 ,  Febru a ry  2 016   : 9 0   –  98  93 3.   R E SU LTS AN D ANA LY SIS    The p r op ose d   cur r ent  c o m p arat or t o p o l o gy  base d o n  C M OS i n vert e r s h a ve bee n  de si g n ed  usi n g 9 0   nm  C M OS t e chn o l o gy  pa ram e t e rs an d A n al og  Vi rt uos o E nvi ro nm ent  of  t h e C a de nce S o ft ware.  The si zes o f   th e tran sistors  are listed  i n  Tab l 1 .   Th e si m u la tio n s  are  p e rform e d  at a supp ly vo ltage (V DD ) of   1  V. The   in pu t cu rren t varyin g   b e tween 0  an d   30 0   n A   is in j ected  and   co m p ared . Fi gu re  2  illu strates th e tran sien t i n pu t– out put  c h aract eri s t i c s of t h pr o pose d  cu rr e n t  com p arat or  al on g wi t h  t h e  i n st ant a ne ou s po we r di ssi pat i on o f   t h e st r u ct u r e.  A s h o r t  ave r a g pr opa gat i o del a y  of  3 . 1 n s ec is  ob serv ed at th e sp ecified  inpu t cu rren t ,   rei n st at i n g  t h e   ope rat i n g f r e q u e ncy  ra n g of c i rcui t  bet w een   20 0 M H z-  4 0 0   M H z.        Tabl e 1.  T r a n si st or Si zes    W  L   M 1  1. 32µ   0. 18µ   M 2  0.   0. 18µ   M 3  4.   1.   M 4  1.   2.   M 5  1. 32µ   0. 18µ   M 6  0.   0. 18µ         (a)       (b )     Fi gu re  2.  Tra n s i ent  R e sp on se  sho w i n (a ) I n put  C u r r e n t  an Out put   V o l t a ge a n d  ( b )  I n st ant a ne ou s P o w e Di ssi pat i o of   t h e p r op ose d  st ruct ure  w h en  Ii n =  3 0 0  n A .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     High  S p e ed  Power  Efficien t   CMOS  In verter Ba sed   C u rren t  Co mp ara t o r   i n   UMC 90  n m  …   (Veep sa  Bhatia 94   (a)       (b )       (c)     Fi gu re  3.  Tra n s i ent  R e sp on se  sho w i n (a ) I n put  C u r r e n t ,  ( b ) O u t put   V o l t a ge a n d  (c Inst ant a ne ou s P o w e Di ssi pat i o of   t h e p r op ose d  st ruct ure  w h en  Ii n =  2 µ A .       Po wer  di ssi pa t i on f o r va ri o u s i n p u t  cu rre nt s i s  o n of the characteristics of this  circuit.  T h e   i n st ant a ne o u po we r di ssi pat i on o f  t h e ci rc ui t  i s  sho w i n  Figu re  2 ( b ) . Based  up on  th is ch aracteristic, th e   av er ag p o w e r d i ssip a tion  is calcu lated  to   b e  24 .3  µW  at 1  V   f o r  300 n A  i n pu t curr en t. To  ex h i bit th e   perform a nce of the  circ uit at   current  greater tha n 1 µ A , the circuit  performance is e v aluated at  2 µ A  a n d the   sam e  is d e p i cted  in  Figure 3. Th e sim u latio n  resu lts sho w   that a six fol d  increase i n  current doesn’t esc a lates  t h e po we r co nsum pt i on  of  t h e ci rcui t  b y  t h e sam e  am ount . B e si de s, t h e pr o p a g at i on del a y  re duce s   su bstan tially for cu rren ts  greater  tha n   1 µ A  t h ereby i n creasi n g the  s p eed of  com p arator  conside r ably.  The a v era g pr opa gat i o del a y  of t h e ci rc ui t ,  u n d e di f f ere n t  i n put  c u r r en t s  are p r ese n t e d i n   Fi g u r e   4 ( a) and  th e variatio n  of av erag p r o p a g a ti o n   d e lay with  su pp ly vo ltag e  h a s b e en  illu strated  in  Figu re 4 ( b ) As e x pected, the  delay dec r e a ses as t h e s u pply voltage  i n c r eases  beca use  of increa se in drain c u rre n t.        (a)     (b )            Fi gu re 4.   Pr o p a gat i o n   Del a y  vs. (a I n put   C u r r ent   a n d (b ) Su ppl y  Vol t a g e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 6 ,  N o . 1 ,  Febru a ry  2 016   : 9 0   –  98  95 Tem p erat ure  v a ri at i ons a n Pro cess  param e t e rs ha ve si g n i f i cant  i m pact  on t h per f o r m a nce of  CMOS circu its. To  illu strate th e robu stn e ss  o f  pro p o s ed  arch itectu r e, av erag p r o p a g a tio n   d e lay an d  po wer  di ssi pat i o n ha v e  been cal c u l a t e d f o va ri o u val u es  of t e m p erat ure  ra ngi ng  fr om  as l o w as -5 o C  t o  as  hi gh a s   15 0 o C. From  F i gure 6(a), as t e m p erature inc r eases from  -5 o C to  aro und  roo m  te m p er ature the delay  dec r eases   and t h en  dela y increases al m o st li nearly with tem p erature  due t o   d ecrease i n  drain c u rrent.  Sim ilar   t e m p erat ure  va ri at i ons  have  b een si m u l a t e fo r p o we r di ss i p at i on  of p r op ose d  cur r e n t  com p arat or ( F i g ure  6   (b)). In  th ese si m u latio n s   b o t h  m a x i m u m an d  m i n i mu m  v a lu es of p o wer h a v e   b een  illu st rated .  Th note w orthy as pect of t h power m odel is t h at ev en   with  l a rg e v a riatio n s  in  tem p eratu r e (-5 o C to 150 o C), t h po we r di ssi pat i on rem a i n s alm o st const a nt .  Furt he rm ore, t h e di ffe re nce bet w ee n m a xim u m  and  m i nim u m   pr o p agat i o de l a y  i s  not  m o re  t h an  2  n s .           Fi gu re  5.  A v er age P o wer  Di s s i p at i o n  vs In p u t  C u rre nt           (a)     (b )        Fi gu re 6.   (a ) A v era g e Pr opa g a t i on Del a y   vs .   Tem p erat ure,  (b P o wer Di ss i p at i on vs Te m p erat ure      Fig u re  7  illu strates th v a riatio n of  ou tpu t  voltag e  with  tem p erat u r e i n  a mu ch eloq u e n t   man n e r.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     High  S p e ed  Power  Efficien t   CMOS  In verter Ba sed   C u rren t  Co mp ara t o r   i n   UMC 90  n m  …   (Veep sa  Bhatia 96     Fi gu re 7.   Tra n s i ent   R e sp on se of   t h e O u t p ut  Vol t a ge   o f  Pr o pos ed   C u rre nt  C o m p arat or fo r vary i n Tem p erature       To   furth e r ex em p l ify th e functio n a lity o f  ci rcu it, t h p r op osed   d e sign   h a b een sim u lated  fo r all th pr ocess  co rne r s as s h o w n i n   Fi gu re  8.           Fi gu re 8.   Tra n s i ent   R e sp on se of   t h e O u t p ut  Vol t a ge   o f  Pr o pos ed   C u rre nt  C o m p arat or  at  vari ous   P r oces Co rn ers      The st r u ct ure  pr o pose d  i n  [ 2 2]  i s  one o f  t h e pi onee r i n wo rk s i n  t e rm s of t h e de si g n  of a cur r e n com p arat or. [ 2 3] -[ 3 0 ]   have re po rt ed vari ous cur r ent   c o m p arators that are a   m odificati on of [2 2] O f   al l   t h ese,   [2 4]  gi ves t h e  hi g h est  s p ee d a n d  l o west  p o we di ssi p a t i on.  He nce,  a com p ari s o n   of t h per f o rm ance  param e t e rs of t h e pr o p o s ed c u r r ent  com p ar at or t o  t hose  r e po rt ed i n  [ 22]  and [ 24]  has  been  dra w n a n d sam e   has  bee n   rep o r t ed i n  Tabl e  2 .   It  can  be  see n  t h at  t h e pr opo sed  stru ctur off e r s  f a stest  r e sp on se and   r easo n a b l lo p o wer d i ssip atio n  at th e l o west sup p l y vo ltag e   o f   1 V   with  a m u ch  lo wer inp u t  cu rrent. Fig u re  9  illu strates  th ou tpu t  respo n s e o f  [2 2 ]  wh ile  th at o f  [2 4]  h a s b een  illu strated   in  Figure1 0.          Fi gu re 9.   O u t p ut   res p on se of [2 2]       Fi gu re 10 . Out p ut   res p on se of [2 4]                                               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 6 ,  N o . 1 ,  Febru a ry  2 016   : 9 0   –  98  97 Tabl 2. C o m p ari s o n   of  Pr o p o se d C u rre nt  C o m p arat or  wi t h  Po p u l a Arc h i t ect ures  [2 2]  a n d  [ 2 4]    Pr ocess  Supply   Voltage (V)  M i n i mu I nput Cur r e nt  Avg Pr opagation  Delay( ns)  Power  Dissipation ( µ W )   Power-D elay  Pr oduct ( f J)   No. of   Transistors  T r aff [21]   90 n m   5 µA  3. 35   120. 2   112. 57   T a ng[23]   90 n m   10 µA  4. 112. 57   517. 8   14   Pr oposed   90 n m   300 nA   3. 24. 3   93       4.   CO NCL USI O N   A fast  an po wer e ffi ci ent  c u r r ent  c o m p arat or ha s bee n  re po rt ed c o m p ri si ng s o l e l y  of C M OS i n vert er s ,   t hus  of feri ng s y m m e t r y  of st r u ct u r e. T h e p r op ose d  cu rr ent  com p arat or  pr ovi des a com m e nda bl e pe rf o r m a nce  in  co m p arison to  th e o t h e po pu larly u s ed   cu rren t co m p arato r s as repo rted  in  th e literatu re. Th p r op o s ed  st ruct u r has  b een si m u l a t e d on  9 0   nm  t echnol ogy  a n op erat es at  a s u pp l y  vol t a ge  o f   1 V .       REFERE NC ES   [1]   Tomazou C ,  Lid g ey  FJ, Haigh D. Analogue IC De sign The Curren t -Mode Approach. U K I E E. 199 0.    [2]   Tomazou C,  Lid g ey  FJ, Haigh D. Switched-Curr ents: An  Analog ue Technique fo r Dig ita l Te chno log y . U K IEE .   1993.  [3]   Wang Z. Current-mode CMOS integr ated  cir c uits for  analog  computation  and signal processing A tutorial.   International Jo urnal of   Ana l og  In tegrated Cir c uits  Signal Processing  1991; 1 :   287-295.  [4]   Yuan F. CMOS  Current-Mode C i rc uits  for Da ta   Com m unications.  Springer . 200 7;  XVIII: 290, 2 007.    [5]   Is m a l M ,   F i es T. Ana l og VLS I   Signal  and Infor m ation Processing.  New  Y o rk   M c Graw-Hill , 199 4.    [6]   Maslennikow O, Pawlowski P,  Soltan P, B e rezo wski R.  Current-mode digita l ga tes and circu its:  concep t, d e sign  and verifica tion .   2002 9th  Intern ation a l Conf eren ce on  Elec tronics, Circu its  and S y stems. 2001 ; 2 : .623-626.   [7]   Ha ssa n H,  Anis M,  Elma sry  M.   MOS c u rre nt mode  ci rcui ts : an al ys is , d e s i gn,  and  vari abil it y.   IEEE Transactions  on   Very Large  Scale Integration  ( V LSI)  Systems . 2005; 13(8): 885-8 98.  [8]   La yos MC, Hari tantis I.  S econd  order current mode circuits bas ed on the gen e ral current conveyor.  1996 Third   IEEE Internation a l Conf eren ce  o n  Electron i cs, Circuits, an d  S y stems. 1996; 1: 362 -365.  [9]   Kurnaz M, Minaei S, Goknar  IC.  Time delay calcu l ation in current-mode circuits . 2013  8th Internation a Conference on  Electrical and  Electr onics Engin e ering (ELECO), 2 013: 349-352.  [10]   Crolla P. A fast latching  curren t  co mparator for  12-bit A/D applications.  IEEE  Journal of Solid  State Circuits 1982; SC-17: 10 88-1093.  [11]   Robert J ,  et al .   Novel CMOS pi pelin ed A/D convertor  arch itectu r e using- current mirrors,  Electr o nic L e tt er s , 1989;  25: 691-692.  [12]   Nairn D, Salama C. Current-mo d e algor ithmic analog-to-d igital  converters.  I E EE Journal o f  Solid-State Circuits 1990: 25: 997-1 004.  [13]   Chong CP. A technique for improving the accuracy  and th e speed  of CMOS current-cell DAC.  IEEE T r ansactions  on Circuits  and  System.  199 0; 37 : 1325-1327.  [14]   Nairn D, Salama C. A ratio- i n d epe nden t  algor ithmic analog-to  digital conver t er combining current mode an dy n a mic  te c h ni qu e s .   IEEE Transactions on   Circu its and S y stems.   1990; 37: 1325- 1327.  [15]   Wang Z. Desig n  methodolog y   of CMOS  algorithmic cu rrent  A/D converters  in  view of  trans i stor mismatches.    IEEE Transactio ns on Ci rcuits a nd Systems . 199 1; 38: 660-667.    [16]   Eom SW, Em SW. Current-mode cy clic ADC fo r low power and  high speed  applications.  Ele c tro n ic Let t ers . 1991 27: 818-820.  [17]   Wey  C .  Con c urr e nt  error d e tecti on in  curren t -mode A/D  converto r s.  El ec tronic Le tters. 1991; 27(2 5 ): 2370-2372.  [18]   Ya ma mot o  M,  e t  a l , Sw itch e d current F/I and I / F converters.  1 991 European C onference on Circuit Th eor y  an Design-91 ,  ECCTD-91 , 1991. 25.  [19]   Current K, Curr ent J.  CMOS current-mode circuits for neural networks . 1990 IEEE Int e rnat ion a l S y m posium  o n   Circuits  and S y s t ems. 1991;  4:  2 971-2974.  [20]   Ham i ane M .  A  CM OS -bas ed Analog F unctio n Ge nerator: H SPICE Mode ling and Simulation.  Internationa Journal of Electrical and  Computer  Eng i neer ing 2014; 4(4): 532- 538.  [21]   F r eitas  D,  Curre nt K.  CM OS  current  com p arator   circu it.   E l ec tr oni c L e t t er s . 1991 19(17): 695-697   [22]   Traff H .  Nove a pproach  to h i gh  s p eed CM OS  cu rrent  com p arator s .   El ec tr onic L e t t er s  . 1992; 28(3) : 310-312.  [23]   Dominguez-Castro R, Medeiro  F, Delg ado-R e stituto M. et  al.  High Reso lutio n CMOS Current Comparators:  Design and Applications to C u rrent-Mode Function Gener a tion.  Internationa l Journal of Analog Integrated  Circuits and  Sig nal Processing 1995; 7 (Special  Issue on Cu rren t -Mode Circu its): 149-165.  [24]   Tang ATK ,  Tou m azou C. High  performance C M OS current  co mparator.  El ectr onic L e tter s .   199 4; 30: 5-6.    [25]   Tang X, Pun KP. High-performan ce CM OS  curr e n t com p ara t or.   E l ec tronic Le tters .  2009; 45: 1007 -1009.    [26]   Ravezzi  L, Stoppa D, Della-Beta GF.. Simp le high-speed CMOS curren t  compar ator.  El ec tronic Letters.  1997 ; 3 3 1829-183.   [27]   Min BM, Kim  SW. High performance CMOS  current  co mparator using resistive feedb ack network.  Electronic  Letters.  1998 ; 34 : 2074-2076.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     High  S p e ed  Power  Efficien t   CMOS  In verter Ba sed   C u rren t  Co mp ara t o r   i n   UMC 90  n m  …   (Veep sa  Bhatia 98 [28]   Chen L, S h i B ,  Lu C Circu i t Design of a High Speed and Low  Power  CMOS Continu ous-time Current  Com p arator.   International Journ a l of   Analog In te grated C i rcuits  and Signal Processing.  2001; 28: 293-297.    [29]   Banks D,  Toumazou C. Low-pow er high- speed cu rrent comparator   design.  E l ec tronic Le tters.   2008; 44:  171-172.   [30]   Chavoshisan R, Hashemipor O. A high-speed   current  convey o r bas e d current comparator Microelectronics  Journal.  2011 ; 4 2 : 28-32.    [31]   Ziab akhs h S ,  Al avi-Rad H ,  Alav i-Rad M ,  M o rt az avi M .   The desig n  of a low-p o wer high-speed cur r ent comparator   in 0.35- μ m CMO S  technology . 20 09 Quality  of  Electron i c D e sign.  2009; 107-111.  [32]   Moolpho K, Ngarm n il J, Sitjongs ataporn  S.  A hig h  speed low  inpu t current  low vo ltage CMOS  current  comparator 2003 Intern ation a l S y mposium o n  Circu its  and  S y stems. 2003 ; 1 :  I-433-I-436.    [33]   Ziab akhsh S, R a d HA, Sa b e rkari A, Shokouhi  S.B.  An  ultra h i gh speed  low-p o wer CMOS integrated  current  comparator . 200 8 3rd Internation a l Design  and  Test Workshop. 20 08; 159-164.  [34]   S r idhar R,  P a n d e y  N,  Bhat ia   V, Bhat ta char yya A.   High Speed High R e solu tion Curr ent Co mparator  and its  Application to  Analog to Digital Conver t er Sp ringer’s Journal of  Institut i on  of Engin eers India Ser. B ,  DOI  10.1007/s40031- 015-0189-1.  [35]   Sridhar R, Pand ey  N ,  Bhat ia V,  Bhatta char yya  A.  On improving the performance  of Traff's comparator . 2012 IEEE  5th India In ternational Confer ence on  Power    Electronics (IICPE) .   2012; 1-4.  [36]   Agrawal N, Pail y  R .  A threshold inverter q u anti zation based folding and interpolation ADC in 0.18  μ m.   International Jo urnal of  Analog   Inte grated  Circu its and S i gnal  Processing.  2010 ; 63(2):  273-281 [37]   S u adet A, Kas e m s uwan V.  A CMOS inverter-b a sed class-AB p s eudo diff erenti al amplifi er for  HF applica tions IEEE Internation a l Conf er en ce of  Electron  Devices and Solid-Sta te Circu its (EDSSC-2010). 2010;  1-4.  [38]   H s ia S C , Lee W C A ver y low-power  flas h   A/D conver t e r  bas ed on CMOS  inver t e r  cir c uit .  Fifth Internatio nal  Workshop on S y stem-on-Chip fo r Real -Time Applications. 2005; 107-110.    [39]   Kolodz iejski W, Ma c howski,  W, Ja sie l ski, J,  Kuta  S.  Low voltag e charge-pump- based VCO circuits using CMOS  inverters as building blo cks.  Internation a l Conf er ence on Sign als  and Electronic S y stems. 2008 ; 14 7-152.  [40]   Al A, Ibne Reaz MB, Jalil J,. M ohd. Ali Mohd. AB. An  Im prov ed A Low Powe r CMOS TIQ C o m p arator Flash   ADC.   TELKOMNIKA Indonesia n  Journal  o f  Electrical  Eng i neering.  2014; 12(7):  5204-5210.      BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS         Veeps a  Bha tia   was born in 197 7. She r eceived  B.E.  degr ee in Electronics  and Communication  Engineering for Amravati University , India in 19 99. She completed her Masters in Engineer ing  from Delhi College of  Engin eer ing, Delhi Ind i a in 2005  and is  currently  pursuing Ph.D. from  Delhi T echno log i ca l Universit y ,   Delhi,  India .  Sh is  curr entl y wo rking as  an As s i s t ant P r ofes s o in Depar t ment o f  Electron i cs  an d Communicatio Engin eering  at Indira Gandhi  Delhi  Techn i cal   Univers i t y  for   W o m e n, Delhi,  I ndia.  S h e has   t each ing and  ind u s t r y   exper i enc e  of 15  ye ars   and  her areas of interest are curr ent  mode circuits , Analog to digital converters and  digital s y stem  design.         Neeta Pandey  w a s born in 1966. She did her M.  E.  in Microel e ctronics from  Birla Institut e  of   Techno log y  and  Scien ces, Pilan i  and Ph. D.  fro m Guru Gobind Singh Indrapr a stha University   Delhi. She has  served in Cent ral El ectron i cs  Engine ering Re search Institu te ,  Pilani, Indi an  Institute  of T ech nolog y, De lhi,  Pri y adarshin i Col l ege of  Com puter Scien c e ,  Noi d a and Bh ara t i   Vid y ap ee th’s  C o lleg e  of  Engin eering ,  De lhi  in  Various  c a pa cit i es . At  pres en t,  s h e is  As s i s t ant  Professor in ECE departmen t Delhi Technolo g ic al University. A life member of ISTE, and   member of IEEE, USA, she has published pap e rs  in Intern at io nal, Na tion a l Jo urnals of reput e   and conf eren ces .  Her r e s ear ch in t e res t s  ar in Ana l og and  Digit a l   VLS I  Des i gn.         Asok Bhattacha r yya ob tain ed  M. Tech . and  Ph.D. degree fr om  Institute of  Radio Ph y s ics ,   Calcutta Univ er sity , India in th y e ar 1970 and  1981, respectiv ely .  He jo ined D e lhi Colleg e of   Engineering in  May  1974 and since th en he  is with the same college and has worked in differ e nt   c a p ac itie s of  Le cture r , Assista n Profe ssor,  Profe ssor, Professor and Head of  the  Department  and   as Offici ating  D i rec t or of  the  In stitute . Prof . A.   Bhatta char yya  h a s worked  in di fferent  fi elds-  Digital S y s t em Design, Analog Sy stem Design,  Easi l y   test able a nd diagn o sable Digital  s y stems/Fault to leran t  Computing and Medica l Im age P r oces s i ng area . Bes i de s  his  reputed   research publ ic a tions, he has aut hored two rese a r ch m onographs. He is a fellow of IETE, lif e   member of ISTE and sen i or member of  IEEE     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.