La presente invenzione riguarda un amplificatore digitale differenziale, a bassissimo consumo, per grandezze continue, in particolare per applicazioni IoT e/o biosensori. Lo sviluppo di nodi Internet of Things (IoT) energeticamente autonomi e di biosensori di nuova generazione di dimensioni sub-millimetriche alimentati a distanza richiede che i circuiti integrati di interfaccia verso i sensori ultracompatti abbiano caratteristiche e prestazioni particolari. In particolare, è necessario che tali circuiti abbiano prestazioni configurabili in base all’energia a disposizione e siano in grado di funzionare a bassissime tensioni di alimentazione, molto spesso poco controllate ed estremamente variabili, come quelle che si possono ottenere ad esempio da energy harvester ultra-miniaturizzati. La realizzazione di circuiti di interfaccia con queste caratteristiche è particolarmente problematica per quei sensori che forniscono in uscita grandezze continue e/o quando il livello di accuratezza richiesto dall’applicazione è elevato, tanto da limitare fortemente la realizzabilità pratica in numerosi ambiti applicativi. PLT112_IT 2 Negli ultimi anni, alcuni circuiti di interfaccia verso sensori ultracompatti in grado di funzionare a basse tensioni di alimentazione e con un bassissimo consumo di potenza (<10nW) [1-2] sono stati sviluppati per applicazioni audio e acquisizione di 5 biosegnali (in particolare elettrocardiogramma, ECG). In queste soluzioni, tuttavia, si fa sempre riferimento ad un sensore accoppiato all’interfaccia tramite condensatore (cioè in alternata). L’acquisizione di segnali con una componente continua, che è richiesta per esempio per acquisire sensori di temperatura e sensori 10 elettrochimici, è maggiormente problematica e, di fatto, il livello di accuratezza in continua richiesto in queste applicazioni è ottenuto allo stato dell’arte con tecniche di chopping e di autozeroing, al costo di un significativo consumo di potenza (>1μW), di una elevata occupazione di area (mm2) ed anche di una ridotta 15 impedenza d’ingresso. La Richiedente osserva che limitazioni sopra esposte non rendono questi approcci adatti ad applicazioni di tipo IoT e/o a biosensori. Breve descrizione dell’invenzione 20 Scopo della presente invenzione è quindi fornire un amplificatore differenziale in grado di superare gli inconvenienti sopra descritti.

Amplificatore differenziale digitale a bassissimo consumo, per grandezze continue, in particolare per applicazioni IoT e/o biosensori / Crovetti, PAOLO STEFANO. - (2022).

Amplificatore differenziale digitale a bassissimo consumo, per grandezze continue, in particolare per applicazioni IoT e/o biosensori

Crovetti
2022

Abstract

La presente invenzione riguarda un amplificatore digitale differenziale, a bassissimo consumo, per grandezze continue, in particolare per applicazioni IoT e/o biosensori. Lo sviluppo di nodi Internet of Things (IoT) energeticamente autonomi e di biosensori di nuova generazione di dimensioni sub-millimetriche alimentati a distanza richiede che i circuiti integrati di interfaccia verso i sensori ultracompatti abbiano caratteristiche e prestazioni particolari. In particolare, è necessario che tali circuiti abbiano prestazioni configurabili in base all’energia a disposizione e siano in grado di funzionare a bassissime tensioni di alimentazione, molto spesso poco controllate ed estremamente variabili, come quelle che si possono ottenere ad esempio da energy harvester ultra-miniaturizzati. La realizzazione di circuiti di interfaccia con queste caratteristiche è particolarmente problematica per quei sensori che forniscono in uscita grandezze continue e/o quando il livello di accuratezza richiesto dall’applicazione è elevato, tanto da limitare fortemente la realizzabilità pratica in numerosi ambiti applicativi. PLT112_IT 2 Negli ultimi anni, alcuni circuiti di interfaccia verso sensori ultracompatti in grado di funzionare a basse tensioni di alimentazione e con un bassissimo consumo di potenza (<10nW) [1-2] sono stati sviluppati per applicazioni audio e acquisizione di 5 biosegnali (in particolare elettrocardiogramma, ECG). In queste soluzioni, tuttavia, si fa sempre riferimento ad un sensore accoppiato all’interfaccia tramite condensatore (cioè in alternata). L’acquisizione di segnali con una componente continua, che è richiesta per esempio per acquisire sensori di temperatura e sensori 10 elettrochimici, è maggiormente problematica e, di fatto, il livello di accuratezza in continua richiesto in queste applicazioni è ottenuto allo stato dell’arte con tecniche di chopping e di autozeroing, al costo di un significativo consumo di potenza (>1μW), di una elevata occupazione di area (mm2) ed anche di una ridotta 15 impedenza d’ingresso. La Richiedente osserva che limitazioni sopra esposte non rendono questi approcci adatti ad applicazioni di tipo IoT e/o a biosensori. Breve descrizione dell’invenzione 20 Scopo della presente invenzione è quindi fornire un amplificatore differenziale in grado di superare gli inconvenienti sopra descritti.
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