A 1.8 v Gm-C Highly Tunable Low Pass Filter for Sensing Applications

This paper presents a fully integrated, first-order Low Pass Filter with 2-tuning points giving a wide versatility to the filter. It allows for a fine/thick tuning with a cutoff frequency that spans over several orders of magnitude, from 220 mHz to 39.1 kHz. The Gm-C filter proposed is designed in a 180 nm CMOS technology with a total power consumption of 1.08 µW for a 1.8 V power supply and a dynamic range up to 73 dB. The proposed filter is a very competitive solution compared with previously reported works, meeting the requirements for portable on chip sensor interfaces based on impedance spectroscopy and biosignal front-end interfaces

1.0 v-0.18 µm CMOS tunable low pass filters with 73 db dr for on-chip sensing acquisition systems

This paper presents a new approach based on the use of a Current Steering (CS) technique for the design of fully integrated Gm–C Low Pass Filters (LPF) with sub-Hz to kHz tunable cut-off frequencies and an enhanced power-area-dynamic range trade-off. The proposed approach has been experimentally validated by two different first-order single-ended LPFs designed in a 0.18 µm CMOS technology powered by a 1.0 V single supply: a folded-OTA based LPF and a mirrored-OTA based LPF. The first one exhibits a constant power consumption of 180 nW at 100 nA bias current with an active area of 0.00135 mm2 and a tunable cutoff frequency that spans over 4 orders of magnitude (~100 mHz–152 Hz @ CL = 50 pF) preserving dynamic figures greater than 78 dB. The second one exhibits a power consumption of 1.75 µW at 500 nA with an active area of 0.0137 mm2 and a tunable cutoff frequency that spans over 5 orders of magnitude (~80 mHz–~1.2 kHz @ CL = 50 pF) preserving a dynamic range greater than 73 dB. Compared with previously reported filters, this proposal is a competitive solution while satisfying the low-voltage low-power on-chip constraints, becoming a preferable choice for general-purpose reconfigurable front-end sensor interfaces

A CMOS low pass filter for soc lock-in-based measurement devices

This paper presents a fully integrated Gm–C low pass ¿lter (LPF) based on a current ¿steering Gm reduction-tuning technique, specifically designed to operate as the output stage of a SoC lock-in amplifier. To validate this proposal, a first-order and a second-order single-ended topology were integrated into a 1.8 V to 0.18 µm CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) process, showing experimentally a tuneable cutoff frequency that spanned five orders of magnitude, from tens of mHz to kHz, with a constant current consumption (below 3 µA/pole), compact size (<0.0140 mm2 /pole), and a dynamic range better than 70 dB. Compared to state-of-the-art solutions, the proposed approach exhibited very competitive performances while simultaneously fully satisfying the demanding requirements of on-chip portable measurement systems in terms of highly efficient area and power. This is of special relevance, taking into account the current trend towards multichannel instruments to process sensor arrays, as the total area and power consumption will be proportional to the number of channels

CMOS Design of Reconfigurable SoC Systems for Impedance Sensor Devices

La rápida evolución en el campo de los sensores inteligentes, junto con los avances en las tecnologías de la computación y la comunicación, está revolucionando la forma en que recopilamos y analizamos datos del mundo físico para tomar decisiones, facilitando nuevas soluciones que desempeñan tareas que antes eran inconcebibles de lograr.La inclusión en un mismo dado de silicio de todos los elementos necesarios para un proceso de monitorización y actuación ha sido posible gracias a los avances en micro (y nano) electrónica. Al mismo tiempo, la evolución de las tecnologías de procesamiento y micromecanizado de superficies de silicio y otros materiales complementarios ha dado lugar al desarrollo de sensores integrados compatibles con CMOS, lo que permite la implementación de matrices de sensores de alta densidad. Así, la combinación de un sistema de adquisición basado en sensores on-Chip, junto con un microprocesador como núcleo digital donde se puede ejecutar la digitalización de señales, el procesamiento y la comunicación de datos proporciona características adicionales como reducción del coste, compacidad, portabilidad, alimentación por batería, facilidad de uso e intercambio inteligente de datos, aumentando su potencial número de aplicaciones.Esta tesis pretende profundizar en el diseño de un sistema portátil de medición de espectroscopía de impedancia de baja potencia operado por batería, basado en tecnologías microelectrónicas CMOS, que pueda integrarse con el sensor, proporcionando una implementación paralelizable sin incrementar significativamente el tamaño o el consumo, pero manteniendo las principales características de fiabilidad y sensibilidad de un instrumento de laboratorio. Esto requiere el diseño tanto de la etapa de gestión de la energía como de las diferentes celdas que conforman la interfaz, que habrán de satisfacer los requisitos de un alto rendimiento a la par que las exigentes restricciones de tamaño mínimo y bajo consumo requeridas en la monitorización portátil, características que son aún más críticas al considerar la tendencia actual hacia matrices de sensores.A nivel de celdas, se proponen diferentes circuitos en un proceso CMOS de 180 nm: un regulador de baja caída de voltaje como unidad de gestión de energía, que proporciona una alimentación de 1.8 V estable, de bajo ruido, precisa e independiente de la carga para todo el sistema; amplificadores de instrumentación con una aproximación completamente diferencial, que incluyen una etapa de entrada de voltaje/corriente configurable, ganancia programable y ancho de banda ajustable, tanto en la frecuencia de corte baja como alta; un multiplicador para conformar la demodulación dual, que está embebido en el amplificador para optimizar consumo y área; y filtros pasa baja totalmente integrados, que actúan como extractores de magnitud de DC, con frecuencias de corte ajustables desde sub-Hz hasta cientos de Hz.<br /