亚微瓦电容数字转换器（CDC）技术
面向毫米级传感器节点的能量高效电容数字转换器（CDC）技术，覆盖 SAR CDC（相关双采样前端）、增量 ΔΣ zoom-in CDC、双斜率 CDC 与全数字迭代延迟链 CDC 四种架构。由 Oh/Blaauw 等在 AACD 2015 系统综述。
四种 CDC 架构对比
| 架构 | 分辨率 | 功耗 | 特点 |
|---|---|---|---|
| SAR + CDS | 9–10 bit | 亚 µW | 相关双采样消除低频噪声 |
| 增量 ΔΣ + zoom-in SAR | 13–14 bit | µW 级 | 两步式：先 SAR 确定粗值，再 ΔΣ 精细量化 |
| 双斜率 CDC | 12 bit | nW 级 | 极低功耗，适合周期性测量 |
| 全数字迭代延迟链 | 7–8 bit | nW 级 | 全数字实现，无运放，最小面积 |
关键设计技术
- 相关双采样 (CDS)：用于 SAR CDC 前端，消除放大器 1/f 噪声和失调
- Zoom-in 两步转换：SAR 确定 MSB 范围后，增量 ΔΣ 在缩小的范围内精细量化
- 基线消除 (Baseline Cancellation)：抵消大静态电容，仅量化变化量
- 延迟链放电转换：电容放电时间通过数字延迟链测量，完全无模拟电路
应用场景
- 压力传感器（MEMS 气压计）
- 湿度传感器（RFID 标签）
- 加速度计（运动检测）
- 毫米级无线传感器节点（Michigan Micro Mote）
来源
- Makinwa 2016 AACD Efficient Sensor Interfaces 深度解析 — Ch03: Energy-Efficient CDCs for Millimeter Sensor Nodes (Oh et al.)