适用于生物电信号检测的12位超低功耗sar adc设计

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1、ＨＩｉ种成Ａ香朵ＨｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥＬＥＣＴＲＯＭＬＣｓｃＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ一＇一硕±学位论文ＩＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ－ＶＩＩＩ论文题目适用于生物电信号检测的口位超低功耗；：ＳＡ民ＡＤＣ设计Ｊ￣￣￣￣￣￣￣￣誦学科专业微电子学与固体电子学学号２０１３２１０３０１２２＿化者姓名周亚运ＷＭ指导教师宁宁教據邏独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的

2、地方夕ｈ论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。－作者签名：日期：如若年４月３〇日／论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁蟲，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可＾＾＾将学位论文的全部或部分內容编入有关数据库进行检索，可＾兰采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后

3、应遵守此规定）ｍ作者签名＝聲运一导师签名：．岛曰期：＞／１（年。女月＞曰分类号密级注1UDC学位论文适用于生物电信号检测的12位超低功耗SARADC设计（题名和副题名）周亚运（作者姓名）指导教师宁宁教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业微电子学与固体电子学提交论文日期2016.03论文答辩日期2016.05学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月27日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。A12BITULTRALOWPOWERSARADCFORBIOELECTRICALSIGNALDETECTIONCIRCUIT

4、AMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAuthor:YayunZhouAdvisor:Prof.NingNingSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要个人健康意识的增强带动了可穿戴智能设备、便携式医疗设备的飞速发展。为了提供可靠的健康即时监测能力，我们需要对人体的生物电信号进行不间断地采集量化，然后将数据送至

5、DSP核进行处理。在保证电路性能的前提下，ADC作为超低功耗模拟检测电路的核心模块，需要尽可能地采用低功耗设计。生物电信号的频率通常分布在0Hz-10kHz的范围内。而逐次逼近型模数转换器（SARADC）在该频率范围内具有低功耗、中高精度的优点，且满足可穿戴设备及便携式医疗设备的低压低功耗要求。故本文在90nmCMOS工艺下，设计了一种适用于生物电信号检测的12位超低功耗SARADC。首先，针对生物电信号和传感器检测信号在大部分时间内，幅度变化缓慢、不同波段区分明显、具有周期性变化的特性，本文提出了一种区间预测算法。由于量化区间预测技术的引入，该算法可以减少ADC的量化次数，大幅度地衰减

6、信号的中低频部分的量化功耗，从而使得系统的整体功耗大幅度降低。其次，在对DAC的每一次切换进行建模分析的过程中，我们发现DAC的两相输出并不是在所有的时候都很接近，也就意味着在12次量化中，并不是每次都需要高精度比较器。一般偶尔在高段的某一位量化和最后几位量化中，会出现需要高精度比较器的情况。为此，本文设计了一种双模比较器，针对不同的情况选择性地开启不同的模式，在保证性能的前提下，降低了比较器的功耗。再次，在充分的Matlab建模的基础上，本文设计并采用了一种基于补偿电容的二进制冗余DAC结构。DAC采用分段结构，量化过程中高段采用粗比较器，低段采用精比较器。由于冗余的引入，使得高段量化

7、采用低精度模式导致的比较错误都可以在低段量化过程中得到校正。同时，本文还开展了VCM-BasedDAC结构设计，低电源电压设计，晶体管堆栈及时序逻辑优化等工作。最后，基于Hspice仿真结果显示，在250kS/s的采样频率下，ADC的无杂散动态范围（SFDR）为81.6dB，信噪失真比（SNDR）为72.8dB，有效位数（ENOB）为11.80bit，功耗最低为8.981μW，FOM值为10.07fJ/Conv.-s。关键词：生物电