【摘 要】
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由于电子通信技术的迅速发展,医疗服务也在逐渐实现远程化、平台化。生物医学信号作为医生远程观察病人的唯一渠道,对生物医学信号采集系统的设计提出了高要求。ADC作为生物医学信号采集系统中的核心,使用高精度的ADC可以降低对模拟前端的性能需求,获得更高的能量效率。噪声整形SAR ADC结合△-ΣADC和SAR ADC的优势,具有较高精度、简单实现、较低功耗等优点,适合于便携式生物医学信号采集应用。由于无
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由于电子通信技术的迅速发展,医疗服务也在逐渐实现远程化、平台化。生物医学信号作为医生远程观察病人的唯一渠道,对生物医学信号采集系统的设计提出了高要求。ADC作为生物医学信号采集系统中的核心,使用高精度的ADC可以降低对模拟前端的性能需求,获得更高的能量效率。噪声整形SAR ADC结合△-ΣADC和SAR ADC的优势,具有较高精度、简单实现、较低功耗等优点,适合于便携式生物医学信号采集应用。由于无源开关电容积分器具有增益误差和相位误差,因此传统无源噪声整形SAR ADC的整形能力较弱。在无源噪声整形的基础上,融合低增益OTA和正反馈电路,所设计的新型噪声整形模块相比传统结构,仅增加少量功耗便能基本消除无源噪声整形模块的增益、相位误差。本设计基于180 nm CMOS工艺,该有源无源混合噪声整形模块配合10位SAR ADC实现了当带宽为10 KHz,采样率为320 KHz,功耗仅109μW时,有效位数为15.6位,优值为175.1 d B。并且在-40℃到85℃、不同工艺角下有效位数均能超过15位。并对该ADC进行了可重构设计,高精度模式下噪声整形模块开启,SAR ADC为10位;低功耗模式下噪声整形模块关闭,SAR ADC重配置为8位,采样频率降低至20 KHz,此时功耗仅为0.24μW,在27℃、tt工艺角下有效位数为7.8位,优值为151.4 d B。在-40℃到85℃、不同工艺角下有效位数超过7.5位。
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