论文部分内容阅读
当前,植入式和便携式生物医疗仪器已经逐渐进入了人们的视野,而多通道生物信号采集系统则是其中的核心模块。为了满足多个信号采集通道、高信号还原性能和微型化等设计要求,本文提出了适用于多通道生物系统采集系统的高精度低功耗增量型Sigma-Delta ADC。设计方案主要包含增量型Sigma-Delta调制器及数字抽取滤波器的设计。与传统Sigma-Delta调制器不同的是,增量型设计中需要考虑额外的复位信号和过采样率等限制条件。综合考虑系统需求和不同结构的性能,本文采用了3阶单比特量化CIFF结构。在系统建模仿真中,为了更为接近实际情况,噪声和积分器中运放的非理想因素都被加入到理想模型之中。噪声包含热噪声和闪烁噪声两部分,运放中的非理想因素包括DC增益、增益带宽积(Gain Bandwidth, GBW)和摆率(Slew-Rate, SR)等。在电路实现设计中,采用了一级电流镜结构来实现积分器中的运放,且其中采用电流消耗(Current Starvation)技术和电阻补偿技术来提升运放增益和带宽等性能,使运放能更为稳定地工作。调制器中采用了斩波调制技术来抑制低频闪烁噪声。为解决低电源电压所导致的开关非线性问题,采用了时钟电压提升技术。仿真表明在幅值为-12dB,频率为4kHz的正弦波输入下,调制器的信号噪声失真比(Signal-to-Noise and Distortion Ratio, SNDR)达到了96.9dB,功耗和品质因素(Figure of Merit, FOM)分别为40μW和435fJ/conversion-step。此外,本文还完成了由级联梳状(Cascaded of Integrators Comb, CIC)滤波器和两级半带滤波器组成了数字抽取滤波器的设计。仿真结果表明,本文所设计的数字滤波器能够完成降采样和滤波器的功能,并且不影响调制器输出信号的性能。