【摘 要】
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目前,模数转换器(ADC)被广泛应用于无线传感网络,便携式设备以及可穿戴式设备。特别是,可植入式医疗设备当中的电池容量相对较小,对低功耗ADC的需求更加迫切。逐次逼近寄存器
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目前,模数转换器(ADC)被广泛应用于无线传感网络,便携式设备以及可穿戴式设备。特别是,可植入式医疗设备当中的电池容量相对较小,对低功耗ADC的需求更加迫切。逐次逼近寄存器型模数转换器(SARADC)具有结构简单、面积小、无静态功耗的特点,所以成为低功耗ADC的首选。电容阵列电荷的重分配过程在SARADC的当中占重要的功耗比重,因此,通过改进结构和算法去降低电容阵列的转换能耗是降低整体SARADC的重要途径。本文对应用于植入式医疗仪器的低功耗SAR ADC进行研究,主要包括以下内容:(1)利用matlab对SARADC电容阵列的功耗行为进行建模,考察电容阵列的功耗,在此基础上提出一种新的算法,经过分析得到这一转换算法相对于传统的SAR ADC电容电容的功耗降低了99.2%。(2)考察在该电容阵列转换方案在电容不匹配的情况下的线性度,分析每一个电容服从特定正态分布时的matlab非线性模型,在2000次monte carlo分析下具有良好的INL和DNL的标准差。(3)设计了一种低功耗动态比较器,这是一种一级的锁存比较器,通过改进结构和调整管子参数可以降低回馈噪声和失调电压。(4)针对所提出的转换方案,设计相应的数字控制电路,包括时序发生电路,寄存器电路和译码电路,利用C2MOS触发器作为基本的寄存单元。以上的电路基于SMIC 40nm的工艺设计,在Cadence Spectre上完成原理图设计,在1.1V的电源电压条件下,所设计的电路在909.09KS/s采样率下整体功耗870nW,SFDR为70.5dB,SNDR为60.3dB,ENOB达到9.83,FOM值已经降到1.07fJ/conversion-step以下,测得电路DNL的范围为-0.32-0.32LSB,INL的范围为-0.34～0.34LSB,整体的仿真结果显示了所设计的SAR ADC具有良好的性能。
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