面向生理监测的低功耗SAR ADC的研究与设计
发布时间：2021-11-01 11:07
随着无线传感网技术的快速发展,医疗保健系统迎来了新的发展机遇,可穿戴、可植入设备在生理医疗领域的应用逐渐成为热点,使得用户可以摆脱固定地点、时间的束缚,随时随地进行健康监测。逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）因模拟组件较少、电路结构简单,非常适合生理信号的采集,所以在医疗保健领域具有很好的应用前景。但是,现有的SAR ADC的采样频率普遍较高,不适合于低频率的生理电信号,而且在比较过程中开关切换所产生的功耗通常很大,会影响整个芯片的适用范围和使用寿命。针对上述问题,本文研究和设计了一种适用于生理电信号采集的12位、100 kS/s的全差分开关电容式SAR ADC,整个电路的关键模块由采样保持电路、差分电容阵列、比较器和逐次逼近控制电路构成。论文的主要工作内容如下。（1）分析了低采样频率和低功耗的生理信号监测领域的采样需求,决定采用SAR ADC作为生理电信号采样的ADC类型,并根据指标和需求提出了降低SAR ADC功耗的方法。（2）针对数模转换器（DAC）电容阵列在前三次比较开关切换过程中产生较高功耗的问题,提出了一种高位拆分低位补偿的差分DAC电容阵列,利用高位拆分电容与次高位电...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
栅压自举开关仿真波形
图 4-12 比较器翻转特性的仿真为了更直观地反映比较器的分辨率，仿真的方法是在比较器的正输入端加入一个周期性的方波信号 VIP，定义为 600.1 mV~599.9 mV，比较器的负输入端加入一个幅值为600 mV 的直流信号，仿真结果如图 4-13 所示。可以看出，当 VIP=600.1 mV，比较器输出端 Q 翻转输出 1，当 VIP=599.9 mV 时，比较器输出端翻转输出为 0，所以分辨率为 0.1mV，远小于 1LSB 对应的最小分辨电压，满足设计要求。
图 4-12 比较器翻转特性的仿真为了更直观地反映比较器的分辨率，仿真的方法是在比较器的正输入端加入一个周期性的方波信号 VIP，定义为 600.1 mV~599.9 mV，比较器的负输入端加入一个幅值为600 mV 的直流信号，仿真结果如图 4-13 所示。可以看出，当 VIP=600.1 mV，比较器输出端 Q 翻转输出 1，当 VIP=599.9 mV 时，比较器输出端翻转输出为 0，所以分辨率为 0.1mV，远小于 1LSB 对应的最小分辨电压，满足设计要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种采用新型逻辑算法的SAR ADC[J]. 黄添益,王本艳,景蔚亮,宋志棠,陈邦明. 微电子学与计算机. 2018(07)
[2]基于物联网技术的医疗监测研究综述[J]. 管华,漆颢,吴劲芸. 医学信息学杂志. 2017(11)
[3]应用于可穿戴脉搏血氧检测的Gm-C低通滤波器[J]. 郑朝霞,曾小刚,邹连英,蒋潘婷. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(11)
[4]无线医疗诊断信息远程监测系统设计[J]. 徐仕宝. 现代电子技术. 2017(20)
[5]一种采用新型电容切换方式的SAR ADC[J]. 梅沣易,舒芋钧,余有灵,吴江枫. 微电子学. 2017(02)
[6]基于健康大数据监测平台的移动医疗APP设计[J]. 余海燕,邱航,王利亚. 中国卫生信息管理杂志. 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,杨家琪,张双双,林福江,贺林. Journal of Semiconductors. 2016(07)
[8]A 10 b 50 MS/s two-stage pipelined SAR ADC in 180 nm CMOS[J]. 沈易,刘术彬,朱樟明. Journal of Semiconductors. 2016(06)
[9]医疗健康大数据关键问题及对策研究[J]. 黄晓琴. 中国数字医学. 2016(05)
[10]应用于SAR ADC的高能效电容阵列DAC[J]. 胡云峰,李斌,吴朝晖. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(09)
博士论文
[1]用于无线传感网络的逐次逼近型模数转换器研究与实现[D]. 吕伟.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]用于植入式系统的逐次逼近型ADC及其面积与功耗优化技术研究[D]. 刘旸.浙江大学 2013
[2]多通道时钟交织SAR ADC的研究与设计[D]. 顾纯辰.复旦大学 2013
[3]可编程采样率的超低功耗逐次逼近型模数转换器的设计[D]. 黄晓阳.苏州大学 2013
本文编号：3470005
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
栅压自举开关仿真波形
图 4-12 比较器翻转特性的仿真为了更直观地反映比较器的分辨率，仿真的方法是在比较器的正输入端加入一个周期性的方波信号 VIP，定义为 600.1 mV~599.9 mV，比较器的负输入端加入一个幅值为600 mV 的直流信号，仿真结果如图 4-13 所示。可以看出，当 VIP=600.1 mV，比较器输出端 Q 翻转输出 1，当 VIP=599.9 mV 时，比较器输出端翻转输出为 0，所以分辨率为 0.1mV，远小于 1LSB 对应的最小分辨电压，满足设计要求。
图 4-12 比较器翻转特性的仿真为了更直观地反映比较器的分辨率，仿真的方法是在比较器的正输入端加入一个周期性的方波信号 VIP，定义为 600.1 mV~599.9 mV，比较器的负输入端加入一个幅值为600 mV 的直流信号，仿真结果如图 4-13 所示。可以看出，当 VIP=600.1 mV，比较器输出端 Q 翻转输出 1，当 VIP=599.9 mV 时，比较器输出端翻转输出为 0，所以分辨率为 0.1mV，远小于 1LSB 对应的最小分辨电压，满足设计要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种采用新型逻辑算法的SAR ADC[J]. 黄添益,王本艳,景蔚亮,宋志棠,陈邦明. 微电子学与计算机. 2018(07)
[2]基于物联网技术的医疗监测研究综述[J]. 管华,漆颢,吴劲芸. 医学信息学杂志. 2017(11)
[3]应用于可穿戴脉搏血氧检测的Gm-C低通滤波器[J]. 郑朝霞,曾小刚,邹连英,蒋潘婷. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(11)
[4]无线医疗诊断信息远程监测系统设计[J]. 徐仕宝. 现代电子技术. 2017(20)
[5]一种采用新型电容切换方式的SAR ADC[J]. 梅沣易,舒芋钧,余有灵,吴江枫. 微电子学. 2017(02)
[6]基于健康大数据监测平台的移动医疗APP设计[J]. 余海燕,邱航,王利亚. 中国卫生信息管理杂志. 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,杨家琪,张双双,林福江,贺林. Journal of Semiconductors. 2016(07)
[8]A 10 b 50 MS/s two-stage pipelined SAR ADC in 180 nm CMOS[J]. 沈易,刘术彬,朱樟明. Journal of Semiconductors. 2016(06)
[9]医疗健康大数据关键问题及对策研究[J]. 黄晓琴. 中国数字医学. 2016(05)
[10]应用于SAR ADC的高能效电容阵列DAC[J]. 胡云峰,李斌,吴朝晖. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(09)
博士论文
[1]用于无线传感网络的逐次逼近型模数转换器研究与实现[D]. 吕伟.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]用于植入式系统的逐次逼近型ADC及其面积与功耗优化技术研究[D]. 刘旸.浙江大学 2013
[2]多通道时钟交织SAR ADC的研究与设计[D]. 顾纯辰.复旦大学 2013
[3]可编程采样率的超低功耗逐次逼近型模数转换器的设计[D]. 黄晓阳.苏州大学 2013
本文编号：3470005
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