A 0.4 V CMOS Current-Controlled Tunable Ring Oscillator for Low-Power IoT and Biomedical Applications
Notice bibliographique
Résumé
This work presents a current-controlled CMOS ring oscillator (CCRO) optimized for ultra-low-voltage applications in next-generation energy-constrained systems. Leveraging bulk voltage tuning in 22 nm FDSOI differential inverter stages, the topology enables frequency adjustment while operating MOSFETs in the subthreshold region—critical for minimizing power in sub-1 V environments. Simulations at 0.4 V supply demonstrate robust performance: a three-stage oscillator achieves a 537–800 MHz tuning range with bias current (IBIAS) modulation from 30–130 nA, while a four-stage configuration spans 388–587 MHz. At 70 nA IBIAS, the three-stage design delivers a nominal frequency of 666.8 MHz with just 10.23 µW power dissipation, underscoring its suitability for ultra-low-power IoT and biomedical applications. The oscillator’s linear frequency sensitivity (2.63 MHz/nA) allows precise, dynamic control over performance–power tradeoffs. To address diverse application needs, the design integrates three tunability mechanisms: programmable capacitor arrays for coarse frequency adjustments, configurable stage counts (three- or four-stage topologies), and supply voltage scaling. This multi-modal approach extends the operational range to 1 MHz–1 GHz, ensuring compatibility with low-speed sensor interfaces and high-speed edge-computing tasks. The CCRO’s subthreshold operation at 0.4 V—coupled with nanoampere-level current consumption—makes it uniquely suited for battery-less systems, wearable health monitors, and implantable medical devices where energy efficiency and adaptive clocking are paramount. By eliminating traditional voltage-controlled oscillators’ complexity, this topology offers a compact, scalable solution for emerging ultra-low-power technologies.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».