用于植入式医疗系统的逐次逼近型模数转换器研究

作     者：来晨 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵梦恋；吴晓波

授予年度：2017年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：集成电路 模数转换器 芯片设计 低功耗技术 

摘      要：近年来，生物医学电子学和超大规模集成电路技术的发展使得使用植入式脑电（心电）记录系统提升癫痫病人的医疗体验成为可能，相关研究领域也受到高度关注。本文针对脑电、心电等生物信号记录中的关键技术之一----数据转换电路开展研究。根据此类信号的特点，论文选择采用逐次逼近型的模数转换器(SARADC)结构，以利于在保持高精度的同时优化其功耗和面积。\n 本研究重点围绕逐次逼近型模数转换器的整体设计及校正方案展开。为节省功耗和面积，设计采用了整数倍桥电容的拆分电容阵列，配上基于共模电压的电容开关策略。针对电容失配问题引入了数字前场的校正以提升ADC的线性度。该方案使用额外的校正电容阵列测量主电容阵列的失配误差，最后利用数字后端处理技术校正ADC的原始输出。另一个特点是采用了一种带有可选自调零预放大器的时域比较器，时域比较器没有静态电流，功耗小，噪声性能好。自调零预放大器开启时大大提升了后级时域比较器的总体性能。该比较器结构设计能兼顾性能和功耗。设计的SAR ADC在Global Foundry0.13μm CMOS工艺下流片。在0.9V电压，208kS/s采样率下，被校正后的ADC的信噪比为72dB，对应的有效位数是11.6位，而消耗的功耗仅为5.5μW。本设计的校正方案最高能提升ADC原始输出1位的精度。芯片的核心电路面积是550μm×350μm。基于以上结果数据，本设计的SAR ADC很适合于植入式生物医疗系统。