본 논문에서는 웨어러블 디바이스에서 심전도, 근전도, 뇌전도와 같은 생체 전기 신호를 처리하는 시스템에 사용 가능한 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, ADC)를 제안한다. 생체 전기 신호는 주파수와 진폭 등 그 특성이 모두 다르며, 이들을 디지털 신호로 변환하기 위해서는 각 신호의 특성에 맞는 사양의 ADC 가 필요하다. 본 논문에서는 외부에서 인가하는 신호에 따라 해상도와 변환 속도를 변화시킴으로써 하나의 ADC 로 여러 전기 생체 신호를 모두 처리할 수 있는 재구성 가능한 ADC 를 제안한다. 또한 낮은 전력 소모와 높은 선형성을 동시에 달성할 수 있도록, 축차 비교형(Successive Approximation Register, SAR) ADC 와 단일 경사형(Single-slope, SS) ADC 를 융합한 SAR-SS 하이브리드 구조를 채택하였다. 제안하는 재구성 가능한 하이브리드 ADC 는 상위 8~10 비트를 SAR ADC 가 변환하며, 변환 후의 잔여 전압을 4 비트 단일 경사형 ADC 가 변환하도록 설계되었다. 따라서 전체 ADC 의 해상도는 12~14 비트로 재구성할 수 있는 구조이다.

또한 제안하는 ADC 는 비트 이동 방법을 통해 해상도 및 변환 속도를 재구성할 수 있다. SAR ADC 가 상위 8~10 비트를 변환할 때, 4 비트 단일 경사형 ADC 가 상위 9~11 비트부터 상위 12~14 비트를 변환할 수 있도록, 단일 경사형 ADC 의 출력 코드에 대해 해상도에 따라 비트 이동 연산을 수행하는 방법이다. 비트 이동 방법으로 인해 제안하는 ADC 는 해상도가 높아질수록 변환 시간이 기하급수적으로 증가하는 단일 경사형 ADC 의 해상도를 고정시킴으로써, 해상도가 14 비트로 증가하더라도 변환 시간은 12 비트 해상도인 경우와 큰 차이가 없다.

제안하는 ADC 는 CMOS 28nm 1-poly 8-metal 을 사용하여 제작되었으며, 레이아웃 면적은 1150μm x 550μm 이다. 소모 전력은 아날로그 전력 소모 23.8μW 와 디지털 전력 소모 10.2μW 를 합하여 34.0μW 이며, ENOB 는 10.81 비트, INL/DNL 은 ±3.5LSB / ±3.6LSB, FoM 은 53.0fJ/step 이다.