本文關(guān)鍵詞：適用于生物電信號(hào)檢測(cè)的12位超低功耗SAR ADC設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：個(gè)人健康意識(shí)的增強(qiáng)帶動(dòng)了可穿戴智能設(shè)備、便攜式醫(yī)療設(shè)備的飛速發(fā)展。為了提供可靠的健康即時(shí)監(jiān)測(cè)能力,我們需要對(duì)人體的生物電信號(hào)進(jìn)行不間斷地采集量化,然后將數(shù)據(jù)送至DSP核進(jìn)行處理。在保證電路性能的前提下,ADC作為超低功耗模擬檢測(cè)電路的核心模塊,需要盡可能地采用低功耗設(shè)計(jì)。生物電信號(hào)的頻率通常分布在0 Hz-10 kHz的范圍內(nèi)。而逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)在該頻率范圍內(nèi)具有低功耗、中高精度的優(yōu)點(diǎn),且滿足可穿戴設(shè)備及便攜式醫(yī)療設(shè)備的低壓低功耗要求。故本文在90 nm CMOS工藝下,設(shè)計(jì)了一種適用于生物電信號(hào)檢測(cè)的12位超低功耗SAR ADC。首先,針對(duì)生物電信號(hào)和傳感器檢測(cè)信號(hào)在大部分時(shí)間內(nèi),幅度變化緩慢、不同波段區(qū)分明顯、具有周期性變化的特性,本文提出了一種區(qū)間預(yù)測(cè)算法。由于量化區(qū)間預(yù)測(cè)技術(shù)的引入,該算法可以減少ADC的量化次數(shù),大幅度地衰減信號(hào)的中低頻部分的量化功耗,從而使得系統(tǒng)的整體功耗大幅度降低。其次,在對(duì)DAC的每一次切換進(jìn)行建模分析的過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)DAC的兩相輸出并不是在所有的時(shí)候都很接近,也就意味著在12次量化中,并不是每次都需要高精度比較器。一般偶爾在高段的某一位量化和最后幾位量化中,會(huì)出現(xiàn)需要高精度比較器的情況。為此,本文設(shè)計(jì)了一種雙模比較器,針對(duì)不同的情況選擇性地開(kāi)啟不同的模式,在保證性能的前提下,降低了比較器的功耗。再次,在充分的Matlab建模的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)并采用了一種基于補(bǔ)償電容的二進(jìn)制冗余DAC結(jié)構(gòu)。DAC采用分段結(jié)構(gòu),量化過(guò)程中高段采用粗比較器,低段采用精比較器。由于冗余的引入,使得高段量化采用低精度模式導(dǎo)致的比較錯(cuò)誤都可以在低段量化過(guò)程中得到校正。同時(shí),本文還開(kāi)展了VCM-Based DAC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),低電源電壓設(shè)計(jì),晶體管堆棧及時(shí)序邏輯優(yōu)化等工作。最后,基于Hspice仿真結(jié)果顯示,在250 kS/s的采樣頻率下,ADC的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)為81.6 dB,信噪失真比(SNDR)為72.8 dB,有效位數(shù)(ENOB)為11.80 bit,功耗最低為8.981μW,FOM值為10.07 fJ/Conv.-s。
【關(guān)鍵詞】：生物電信號(hào) 超低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器 區(qū)間預(yù)測(cè) 二進(jìn)制冗余 雙模比較器
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN792
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-13
• 1.3 本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)13-14
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)14-15
• 第二章 模數(shù)轉(zhuǎn)換器概述15-26
• 2.1 生物電信號(hào)檢測(cè)原理15-16
• 2.2 ADC主要性能指標(biāo)16-19
• 2.2.1 靜態(tài)特性16-18
• 2.2.2 動(dòng)態(tài)參數(shù)18-19
• 2.3 ADC的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介19-25
• 2.3.1 快閃型ADC20-21
• 2.3.2 流水線型ADC21-22
• 2.3.3 逐次逼近型ADC22-23
• 2.3.4 過(guò)采樣型ADC23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 超低功耗SAR ADC的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及建模26-48
• 3.1 傳統(tǒng)SAR ADC的結(jié)構(gòu)原理26-27
• 3.2 新型超低功耗SAR ADC的基本原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)27-35
• 3.2.1 區(qū)間預(yù)測(cè)算法原理27-29
• 3.2.2 二進(jìn)制冗余校正原理29-32
• 3.2.3 雙模比較器的設(shè)計(jì)32
• 3.2.4 低功耗DAC電容陣列設(shè)計(jì)32-34
• 3.2.5 超低功耗SAR ADC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)34-35
• 3.3 Matlab系統(tǒng)建模與仿真35-47
• 3.3.1 區(qū)間預(yù)測(cè)算法建模35-38
• 3.3.2 二進(jìn)制冗余校正算法建模及噪聲分析38-41
• 3.3.3 DAC電容陣列失配及寄生電容建模41-44
• 3.3.4 功耗建模及對(duì)比分析44-46
• 3.3.5 系統(tǒng)仿真結(jié)果及設(shè)計(jì)指標(biāo)46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 超低功耗SAR ADC電路設(shè)計(jì)與仿真48-66
• 4.1 采樣保持電路設(shè)計(jì)48-52
• 4.1.1 采樣開(kāi)關(guān)48-50
• 4.1.2 短接開(kāi)關(guān)和基準(zhǔn)電平開(kāi)關(guān)50-52
• 4.2 DAC電容陣列52-55
• 4.3 雙模比較器設(shè)計(jì)55-59
• 4.4 數(shù)字電路設(shè)計(jì)59-62
• 4.4.1 基本門電路設(shè)計(jì)59
• 4.4.2 預(yù)測(cè)SAR邏輯設(shè)計(jì)59-60
• 4.4.3 關(guān)鍵時(shí)序電路設(shè)計(jì)60-62
• 4.5 系統(tǒng)性能仿真結(jié)果62-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 第五章 結(jié)論66-68
• 5.1 本文的主要工作和貢獻(xiàn)66
• 5.2 后續(xù)工作展望66-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72

【相似文獻(xiàn)】

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1 李剛;趙U，

本文編號(hào)：500939