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生物电信号能够反映人体的基本生理情况,通过对生物电信号进行采集和处理,可以为临床医疗、疾病预防等提供诊断依据。模数转换器(ADC)起着连接模拟生物电信号前端采集电路和后端数字处理电路的重要作用,是生物电信号采集系统中的核心模块。逐次逼近(SAR)模数转换器由于其结构简单、功耗较低、面积较小等优点在生物电信号采集系统中得到广泛的应用。本文从生物电信号采集系统的应用出发,研究和设计了一款低功耗,10-bit分辨率,100KS/s采样率的全差分开关电容式SAR ADC。首先,本文设计了一种基于共模电平(VCM-based)的上极板采样分段电容式DAC,减小了芯片面积,大幅度降低了功耗。设计12-bit分段电容DAC结构,实现10-bit精度,能够较大程度地减小桥接电容引入的非线性误差,增大有效位数。且采用自举(bootstrap)开关作为采样开关,减小了采样过程中引入的非线性。其次,本设计的比较器采用三级预放大器和一级锁存器级联的结构,增大了比较器的比较速度和精度。采用输出失调存储的校准方法对比较器进行校准,减小比较器的失调对SAR ADC模数转换性能的影响。最后,设计控制SAR ADC工作的逐次逼近逻辑控制电路以及开关网络。控制DAC和比较器完成失调校准、采样、比较、休眠以及数据输出一系列过程,完成整个模数转换,并进行系统级的仿真。本设计采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,电源电压为1.8V,在Cadence仿真工具Spectre下对设计的SAR ADC进行仿真。仿真结果显示,在100KS/s采样率下,SAR ADC的SNDR为59.97dB,有效位数ENOB为9.67位,DNL为+0.3LSB/-0.1LSB,INL为+0.4LSB/-0.5LSB,平均功耗为24.12μW。具有较优异的性能,达到了生物电信号采集系统中SAR ADC的应用需求。