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2018 | OriginalPaper | Buchkapitel

Re-configurable Switched Capacitor Sigma-Delta Modulator for MEMS Microphones in Mobiles

verfasst von : M. Grassi, F. Conso, G. Rocca, P. Malcovati, A. Baschirotto

Erschienen in: Sensors and Microsystems

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

This paper presents a reconfigurable discrete-time audio Sigma-Delta modulator implemented in 0.18-µm CMOS technology. The 600 µm × 400 µm core area SD modulator is based on a 2 + 2 MASH architecture, and features several different operating modes in which noise-shaping order, number of output word bits, sampling rate, and bandwidth can be programmed ad hoc. By design, the power consumption is minimized for the selected operating mode. The achieved performance ranges from 99-dB DR with 4th-order noise shaping and full standard audio bandwidth, while consuming 0.97 mW down to 85-dB DR with second order noise shaping over reduced bandwidth for vocal control operation, while consuming 100 µW. The developed device can be used either to read-out different sources (microphones) or to operate in different modes within the same system (i.e. with the same microphone in different scenarios). The trade-off between performance and re-configurability is the key element of this work.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Badami, K.M.H., et al.: A 90-nm CMOS, 6-mW power-proportional acoustic sensing frontend for voice activity detection. IEEE J. Solid-State Circ. 51(1), 291–302 (Jan. 2016) Badami, K.M.H., et al.: A 90-nm CMOS, 6-mW power-proportional acoustic sensing frontend for voice activity detection. IEEE J. Solid-State Circ. 51(1), 291–302 (Jan. 2016)
2.
Zurück zum Zitat Park, H., et al.: A 0.7-V 870-mW digital-audio CMOS sigma-delta modulator. IEEE J. Solid-State Circ. 44(4), 1078–1088 (Apr. 2009) Park, H., et al.: A 0.7-V 870-mW digital-audio CMOS sigma-delta modulator. IEEE J. Solid-State Circ. 44(4), 1078–1088 (Apr. 2009)
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Zurück zum Zitat Yang, Z., et al.: A 0.5-V 35-mW 85-dB DR double-sampled DS modulator for audio applications. IEEE J. Solid-State Circ. 47(3), 722–735 (Mar. 2012) Yang, Z., et al.: A 0.5-V 35-mW 85-dB DR double-sampled DS modulator for audio applications. IEEE J. Solid-State Circ. 47(3), 722–735 (Mar. 2012)
4.
Zurück zum Zitat Christen, T.: A 15-bit 140-mW scalable-bandwidth inverter-based DS modulator for a MEMS microphone with digital output. IEEE J. Solid-State Circ. 48(7), 1605–1614 (July 2013) Christen, T.: A 15-bit 140-mW scalable-bandwidth inverter-based DS modulator for a MEMS microphone with digital output. IEEE J. Solid-State Circ. 48(7), 1605–1614 (July 2013)
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Zurück zum Zitat Yang, Y.Q., et al.: A 114-dB 68-mW chopper-stabilized stereo multibit audio ADC in 5.62 mm2. IEEE J. Solid-State Circ. 38(12), 2061–2068 (Dec. 2003) Yang, Y.Q., et al.: A 114-dB 68-mW chopper-stabilized stereo multibit audio ADC in 5.62 mm2. IEEE J. Solid-State Circ. 38(12), 2061–2068 (Dec. 2003)
6.
Zurück zum Zitat Luo, H., et al.: A 0.8-V 230-mW 98-dB DR inverter-based SD modulator for audio applications. IEEE J. Solid-State Circ. 48(10), 2430–2441 (Oct. 2013) Luo, H., et al.: A 0.8-V 230-mW 98-dB DR inverter-based SD modulator for audio applications. IEEE J. Solid-State Circ. 48(10), 2430–2441 (Oct. 2013)
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Zurück zum Zitat De Berti, C., et al.: A 106.7-dB DR, 390-mW CT 3rd-order SD modulator for MEMS microphones. In: Proc. ESSCIRC, 209–212 (Sep. 2015) De Berti, C., et al.: A 106.7-dB DR, 390-mW CT 3rd-order SD modulator for MEMS microphones. In: Proc. ESSCIRC, 209–212 (Sep. 2015)
8.
Zurück zum Zitat Grassi, M., Conso, F., Rocca, G., Malcovati, P., Baschirotto, A.: A multi-mode SC audio Sigma-Delta Modulator for MEMS microphones with reconfigurable power consumption, noise-shaping order, and DR. In: 42nd European Solid State Conference Proceedings - ESSCIRC 2016, Lausanne, 12–15 September 2016, pp. 245–248, IEEE (2016) Grassi, M., Conso, F., Rocca, G., Malcovati, P., Baschirotto, A.: A multi-mode SC audio Sigma-Delta Modulator for MEMS microphones with reconfigurable power consumption, noise-shaping order, and DR. In: 42nd European Solid State Conference Proceedings - ESSCIRC 2016, Lausanne, 12–15 September 2016, pp. 245–248, IEEE (2016)
Metadaten
Titel
Re-configurable Switched Capacitor Sigma-Delta Modulator for MEMS Microphones in Mobiles
verfasst von
M. Grassi
F. Conso
G. Rocca
P. Malcovati
A. Baschirotto
Copyright-Jahr
2018
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-66802-4_2

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