本文選題：測(cè)量電路 + 低噪聲��； 參考：《天津工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著半導(dǎo)體技術(shù)和現(xiàn)代傳感技術(shù)的迅速發(fā)展及廣泛應(yīng)用,醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備也越來(lái)越微型化、集成化及智能化。因此利用半導(dǎo)體技術(shù)來(lái)研究一種脈搏和血氧飽和度的測(cè)量電路極為重要。本文把測(cè)量系統(tǒng)電路集成到芯片上,能夠降低測(cè)量系統(tǒng)的噪聲、功耗和體積,滿足便攜式醫(yī)療設(shè)備的要求。采用UMC 0.18μm的CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝設(shè)計(jì)一種脈搏和血氧飽和度傳感器芯片,芯片內(nèi)部電路包括兩個(gè)模塊:脈搏血氧測(cè)量電路和流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Pipelined Analog to digital converter,Pipelined ADC)。本文首先了介紹朗伯-比爾定律(Lambert-Beer),重點(diǎn)分析了反射式血氧飽和度的測(cè)量原理,得到了設(shè)計(jì)芯片電路的理論模型。然后設(shè)計(jì)脈搏和血氧飽和度傳感器芯片電路。脈搏血氧測(cè)量電路主要包括前置放大電路、抑制基漂電路、帶通濾波電路和二級(jí)放大電路,并依次對(duì)各個(gè)子電路的性能指標(biāo)進(jìn)行仿真。12位Pipelined ADC的關(guān)鍵電路的設(shè)計(jì),主要包括采樣開(kāi)關(guān)電路,高速比較器,電壓基準(zhǔn)源,乘法模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Multiplicative analog to digital converter,MDAC)單元和數(shù)字校準(zhǔn)電路。最后分別對(duì)兩個(gè)模塊電路進(jìn)行仿真,并且設(shè)計(jì)芯片版圖。在1.8V的工作電壓下,測(cè)量電路在帶寬(6.5Hz～8.5kHz)范圍內(nèi)的系統(tǒng)增益為63dB,等效輸入積分噪聲為22.326μV,功耗為42.7mW。這樣可有效減小測(cè)量系統(tǒng)的噪聲,降低和抑制帶外噪聲,且能減小測(cè)量系統(tǒng)整體面積,適合對(duì)微弱幅度的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理。Pipelined ADC的分辨率為12位,采樣速率為1MHz,在 9.303kHz 的輸入正弦信號(hào)下,SNR 為 68.2016dB、SNDR 為 61.7818dB、SFDR為 64.2785dB,ENOB=10.9bit。
[Abstract]:With the rapid development and wide application of semiconductor technology and modern sensing technology, medical detection equipment is becoming more and more miniaturized, integrated and intelligent. Therefore, it is very important to use semiconductor technology to study a pulse and oxygen saturation measurement circuit. In this paper, the measurement system circuit is integrated into the chip, which can reduce the noise, power consumption and volume of the measurement system, and meet the requirements of portable medical equipment. A pulse and oxygen saturation sensor chip is designed using UMC-0.18 渭 m CMOS standard process. The internal circuit of the chip consists of two modules: pulse oxygen measurement circuit and pipelined Analog to digital convertor pipelined ADC. In this paper, Lambert-Beer 's law is introduced, and the measuring principle of reflective oxygen saturation is analyzed, and the theoretical model of chip circuit design is obtained. Then the pulse and oxygen saturation sensor chip circuit is designed. Pulse oxygen measurement circuit mainly includes preamplifier circuit, suppression base drift circuit, band-pass filter circuit and two-stage amplifier circuit. The key circuits of each sub-circuit are simulated by simulation .12-bit pipelined ADC in turn. It mainly includes sampling switch circuit, high speed comparator, voltage reference source, multiplicative analog to digital convertor MDAC unit and digital calibration circuit. Finally, the two modules are simulated, and the layout of the chip is designed. Under the operating voltage of 1.8 V, the system gain is 63 dB in the bandwidth range of 6.5 Hz (8.5 kHz), the equivalent input integral noise is 22.326 渭 V, and the power consumption is 42.7 MW. In this way, the noise of the measurement system can be effectively reduced, the out-of-band noise can be reduced and the whole area of the measurement system can be reduced. The resolution of the biomedical signal processing. Pipelined ADC with weak amplitude is 12 bits. The sampling rate is 1MHz, and the SNR is 68.2016dBN SNDR under the input sinusoidal signal of 9.303kHz, the SFDR is 61.7818dBN SFDR is 64.2785dBENOBN 10.9bit.
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN402

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本文編號(hào)：2110040