论文部分内容阅读
如今,越来越多的人开始注重自身疾病的预防和早期发现,因而可穿戴式医疗设备有了越来越高的关注度及广阔的市场前景。人体是可穿戴设备的工作环境和载体,设备测得的人体健康指标多为模拟信号,因而需要一个性能良好的模数转换器,来实现从连续的模拟信号到离散的数字信号之间的转换,以便进行后续的数字信号处理。本文采用BCD1800.18μm CMOS工艺,实现了一个应用于可穿戴式医疗系统的10位异步逐次逼近型ADC,旨在实现低功耗、高精度的要求。 本文分析比较了几种目前常用的ADC的不同特点,最终选择使用SAR结构来实现设计,即逐次逼近型。按照SAR ADC的系统结构,设计主要分为三个部分,数模转换电路(DAC)的设计、比较器系统的设计和数字逻辑控制部分的设计,本文的设计重点是模拟电路部分。其中DAC采用改进的分段电容阵列式结构,比较器由预放大级、Latch锁存器和输出缓冲级三部分组成,一级预放大即可完成10位的电压分辨率,并且用输入失调消除的方法,能够消除10mV输入失调电压的影响。系统中引入了高低电平转换电路,可以使数字部分和模拟部分采用不同的电源电压,同时加入了power down信号以减少功耗。 本设计基于Cadence公司的Spectre电路仿真软件进行电路的设计和仿真,并对部分参数的不同工艺角进行仿真。ADC的电源电压为3.3V,输入范围是从0.5V至2.5V之间,时钟频率为20MHz,采样频率为500kHz,有效位数(ENOB)可达9.97 bit,积分非线性误差(INL)和微分非线性误差(DNL)均仅为?0.05 LSB,精度很高,功耗低至1.155 mW,信噪比(SNR)为61.92 dB,信噪失真比(SNDR)为61.80 dB,无杂散动态范围(SFDR)为79.59 dB,总谐波失真为(THD)-77.56 dB,均达到设计目标。