Desain SAR-ADC Berbasis Time Domain Comparator Rendah Daya Untuk Perekaman Sinyal Photoplethysmogram Menggunakan Teknologi CMOS

Huda, M. Taufiqul (2025) Desain SAR-ADC Berbasis Time Domain Comparator Rendah Daya Untuk Perekaman Sinyal Photoplethysmogram Menggunakan Teknologi CMOS. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5022211007-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial Share Alike. Download (21MB) | Request a copy

Abstract

Aplikasi pada perangkat sandang (wearable) menun- tut adanya ADC (Analog to Digital) yang berefisiensi tinggi dan berdaya rendah untuk akuisisi sinyal biomedis seperti photo- plethysmogram (PPG) secara akurat. Penelitian ini bertujuan untuk menjawab tantangan tersebut dengan merancang sebuah SAR-ADC (Successive Approximation Register - Analog to Digital) 10-bit monotonic yang menggunakan time-domain comparator. Jenis komparator ini dipilih karena terbukti hemat daya, de- ngan konsumsi yang dapat ditekan hingga skala mikrowatt berdasarkan riset-riset sebelumnya. Secara spesifik, penelitian ini mencakup perancangan arsitektur SAR-ADC, analisis perban- dingan konsumsi daya antara tahap pre-layout dan post-layout, serta pengujian fungsional menggunakan sinyal PPG. Metode yang digunakan adalah kombinasi antara metode rekayasa dan eksperimen kuantitatif, yang meliputi proses perancangan hingga pengujian untuk menganalisis hubungan antara konsumsi daya dan akurasi. Hasil dari penelitian ini adalah sebuah rancangan SAR-ADC 10-bit monotonic berbasis time-domain comparator yang telah siap untuk difabrikasi. Hasil pengujian pada tahap post-layout menunjukkan konsumsi daya sebesar 23.25 µW de- ngan nilai ENOB (Effective Number of Bit) mencapai 6,44 bit, DNL (Differential Nonlinearity) sebesar [-1.0, +4.0], dan INL (Integral Nonlinearity) sebesar [-3.0, +3.0]. Dapat disimpulkan bahwa rancangan ini siap untuk difabrikasi, yang dibuktikan oleh hasil verifikasi DRC dan LVS yang bersih. Konsumsi daya rancangan akhir sangat rendah, yaitu 56,55% lebih efisien dibandingkan pada tahap pre-layout. Selain itu, hasil akuisisi sinyal PPG menunjukkan reliabilitas yang sangat tinggi, dengan nilai Interclass Correlation Coefficient (ICC) mencapai 0,9939.
=================================================================================================================================
Wearable applications demand high-efficiency, low-power Analog-to-Digital Converters (ADCs) for the accurate acquisition of biomedical signals such as photoplethysmogram (PPG). This research aims to address this challenge by designing a 10-bit monotonic SAR-ADC that utilizes a time-domain comparator. This comparator topology was selected for its proven power efficiency, as prior studies have demonstrated consumption in the microwatt range. Specifically, this research encompasses the architectural design of the SAR-ADC, a comparative analysis of power consumption between the pre-layout and post-layout stages, and functional validation using PPG signals. The methodology combines an engineering design approach with quantitative experiments, involving a comprehensive process from design to testing to analyze the trade-off between power consumption and accuracy. This study resulted in a tape-out-ready design of a 10-bit monotonic SAR-ADC based on a time-domain comparator. Post-layout simulation results demonstrate a power consumption of 23.25 µW, achieving an ENOB of 6.44 bits, a DNL of [-1.0, +4.0] LSB, and an INL of [-3.0, +3.0] LSB. It is concluded that the design is ready for fabrication, evidenced by error-free DRC and LVS verification. The final design’s power consumption is remarkably low, showing a 56.55% improvement in efficiency compared to the pre-layout stage. Furthermore, the PPG signal acquisition demonstrates excellent reliability, with an Interclass Correlation Coefficient (ICC) of 0.9939.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	SAR-ADC, Time-Domain Comparator, Photoplethysmogram, Daya Rendah. SAR-ADC, Time-Domain Comparator, Photoplethysmogram, Low Power.
Subjects:	T Technology > T Technology (General) > T57.62 Simulation T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK7878 Electronic instruments
Divisions:	Faculty of Intelligent Electrical and Informatics Technology (ELECTICS) > Electrical Engineering > 20201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	M. Taufiqul Huda
Date Deposited:	28 Jul 2025 01:30
Last Modified:	28 Jul 2025 01:30
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/121556

Actions (login required)

View Item