面向生理監(jiān)測的低功耗SAR ADC的研究與設計
發(fā)布時間：2021-11-01 11:07
隨著無線傳感網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,醫(yī)療保健系統(tǒng)迎來了新的發(fā)展機遇,可穿戴、可植入設備在生理醫(yī)療領(lǐng)域的應用逐漸成為熱點,使得用戶可以擺脫固定地點、時間的束縛,隨時隨地進行健康監(jiān)測。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR ADC）因模擬組件較少、電路結(jié)構(gòu)簡單,非常適合生理信號的采集,所以在醫(yī)療保健領(lǐng)域具有很好的應用前景。但是,現(xiàn)有的SAR ADC的采樣頻率普遍較高,不適合于低頻率的生理電信號,而且在比較過程中開關(guān)切換所產(chǎn)生的功耗通常很大,會影響整個芯片的適用范圍和使用壽命。針對上述問題,本文研究和設計了一種適用于生理電信號采集的12位、100 kS/s的全差分開關(guān)電容式SAR ADC,整個電路的關(guān)鍵模塊由采樣保持電路、差分電容陣列、比較器和逐次逼近控制電路構(gòu)成。論文的主要工作內(nèi)容如下。（1）分析了低采樣頻率和低功耗的生理信號監(jiān)測領(lǐng)域的采樣需求,決定采用SAR ADC作為生理電信號采樣的ADC類型,并根據(jù)指標和需求提出了降低SAR ADC功耗的方法。（2）針對數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）電容陣列在前三次比較開關(guān)切換過程中產(chǎn)生較高功耗的問題,提出了一種高位拆分低位補償?shù)牟罘諨AC電容陣列,利用高位拆分電容與次高位電...
【文章來源】：江南大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：64 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
柵壓自舉開關(guān)仿真波形
圖 4-12 比較器翻轉(zhuǎn)特性的仿真為了更直觀地反映比較器的分辨率，仿真的方法是在比較器的正輸入端加入一個周期性的方波信號 VIP，定義為 600.1 mV~599.9 mV，比較器的負輸入端加入一個幅值為600 mV 的直流信號，仿真結(jié)果如圖 4-13 所示�？梢钥闯�，當 VIP=600.1 mV，比較器輸出端 Q 翻轉(zhuǎn)輸出 1，當 VIP=599.9 mV 時，比較器輸出端翻轉(zhuǎn)輸出為 0，所以分辨率為 0.1mV，遠小于 1LSB 對應的最小分辨電壓，滿足設計要求。
圖 4-12 比較器翻轉(zhuǎn)特性的仿真為了更直觀地反映比較器的分辨率，仿真的方法是在比較器的正輸入端加入一個周期性的方波信號 VIP，定義為 600.1 mV~599.9 mV，比較器的負輸入端加入一個幅值為600 mV 的直流信號，仿真結(jié)果如圖 4-13 所示�？梢钥闯�，當 VIP=600.1 mV，比較器輸出端 Q 翻轉(zhuǎn)輸出 1，當 VIP=599.9 mV 時，比較器輸出端翻轉(zhuǎn)輸出為 0，所以分辨率為 0.1mV，遠小于 1LSB 對應的最小分辨電壓，滿足設計要求。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種采用新型邏輯算法的SAR ADC[J]. 黃添益,王本艷,景蔚亮,宋志棠,陳邦明. 微電子學與計算機. 2018(07)
[2]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)測研究綜述[J]. 管華,漆顥,吳勁蕓. 醫(yī)學信息學雜志. 2017(11)
[3]應用于可穿戴脈搏血氧檢測的Gm-C低通濾波器[J]. 鄭朝霞,曾小剛,鄒連英,蔣潘婷. 華中科技大學學報(自然科學版). 2017(11)
[4]無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計[J]. 徐仕寶. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2017(20)
[5]一種采用新型電容切換方式的SAR ADC[J]. 梅灃易,舒芋鈞,余有靈,吳江楓. 微電子學. 2017(02)
[6]基于健康大數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺的移動醫(yī)療APP設計[J]. 余海燕,邱航,王利亞. 中國衛(wèi)生信息管理雜志. 2017(02)
[7]A 1 V 186-μW 50-MS/s 10-bit subrange SAR ADC in 130-nm CMOS process[J]. 余明元,李婷,楊家琪,張雙雙,林福江,賀林. Journal of Semiconductors. 2016(07)
[8]A 10 b 50 MS/s two-stage pipelined SAR ADC in 180 nm CMOS[J]. 沈易,劉術(shù)彬,朱樟明. Journal of Semiconductors. 2016(06)
[9]醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)關(guān)鍵問題及對策研究[J]. 黃曉琴. 中國數(shù)字醫(yī)學. 2016(05)
[10]應用于SAR ADC的高能效電容陣列DAC[J]. 胡云峰,李斌,吳朝暉. 華南理工大學學報(自然科學版). 2015(09)
博士論文
[1]用于無線傳感網(wǎng)絡的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器研究與實現(xiàn)[D]. 呂偉.中國科學技術(shù)大學 2014
碩士論文
[1]用于植入式系統(tǒng)的逐次逼近型ADC及其面積與功耗優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 劉旸.浙江大學 2013
[2]多通道時鐘交織SAR ADC的研究與設計[D]. 顧純辰.復旦大學 2013
[3]可編程采樣率的超低功耗逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設計[D]. 黃曉陽.蘇州大學 2013
本文編號：3470005
【文章來源】：江南大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：64 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
柵壓自舉開關(guān)仿真波形
圖 4-12 比較器翻轉(zhuǎn)特性的仿真為了更直觀地反映比較器的分辨率，仿真的方法是在比較器的正輸入端加入一個周期性的方波信號 VIP，定義為 600.1 mV~599.9 mV，比較器的負輸入端加入一個幅值為600 mV 的直流信號，仿真結(jié)果如圖 4-13 所示�？梢钥闯�，當 VIP=600.1 mV，比較器輸出端 Q 翻轉(zhuǎn)輸出 1，當 VIP=599.9 mV 時，比較器輸出端翻轉(zhuǎn)輸出為 0，所以分辨率為 0.1mV，遠小于 1LSB 對應的最小分辨電壓，滿足設計要求。
圖 4-12 比較器翻轉(zhuǎn)特性的仿真為了更直觀地反映比較器的分辨率，仿真的方法是在比較器的正輸入端加入一個周期性的方波信號 VIP，定義為 600.1 mV~599.9 mV，比較器的負輸入端加入一個幅值為600 mV 的直流信號，仿真結(jié)果如圖 4-13 所示�？梢钥闯�，當 VIP=600.1 mV，比較器輸出端 Q 翻轉(zhuǎn)輸出 1，當 VIP=599.9 mV 時，比較器輸出端翻轉(zhuǎn)輸出為 0，所以分辨率為 0.1mV，遠小于 1LSB 對應的最小分辨電壓，滿足設計要求。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種采用新型邏輯算法的SAR ADC[J]. 黃添益,王本艷,景蔚亮,宋志棠,陳邦明. 微電子學與計算機. 2018(07)
[2]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)測研究綜述[J]. 管華,漆顥,吳勁蕓. 醫(yī)學信息學雜志. 2017(11)
[3]應用于可穿戴脈搏血氧檢測的Gm-C低通濾波器[J]. 鄭朝霞,曾小剛,鄒連英,蔣潘婷. 華中科技大學學報(自然科學版). 2017(11)
[4]無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計[J]. 徐仕寶. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2017(20)
[5]一種采用新型電容切換方式的SAR ADC[J]. 梅灃易,舒芋鈞,余有靈,吳江楓. 微電子學. 2017(02)
[6]基于健康大數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺的移動醫(yī)療APP設計[J]. 余海燕,邱航,王利亞. 中國衛(wèi)生信息管理雜志. 2017(02)
[7]A 1 V 186-μW 50-MS/s 10-bit subrange SAR ADC in 130-nm CMOS process[J]. 余明元,李婷,楊家琪,張雙雙,林福江,賀林. Journal of Semiconductors. 2016(07)
[8]A 10 b 50 MS/s two-stage pipelined SAR ADC in 180 nm CMOS[J]. 沈易,劉術(shù)彬,朱樟明. Journal of Semiconductors. 2016(06)
[9]醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)關(guān)鍵問題及對策研究[J]. 黃曉琴. 中國數(shù)字醫(yī)學. 2016(05)
[10]應用于SAR ADC的高能效電容陣列DAC[J]. 胡云峰,李斌,吳朝暉. 華南理工大學學報(自然科學版). 2015(09)
博士論文
[1]用于無線傳感網(wǎng)絡的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器研究與實現(xiàn)[D]. 呂偉.中國科學技術(shù)大學 2014
碩士論文
[1]用于植入式系統(tǒng)的逐次逼近型ADC及其面積與功耗優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 劉旸.浙江大學 2013
[2]多通道時鐘交織SAR ADC的研究與設計[D]. 顧純辰.復旦大學 2013
[3]可編程采樣率的超低功耗逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設計[D]. 黃曉陽.蘇州大學 2013
本文編號：3470005
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3470005.html
最近更新
教材專著
