帶模擬后臺校正的14位低功耗SAR ADC設計.pdf

1、隨著生物醫(yī)療設備的小型化、便攜化以及可穿戴設備的發(fā)展和普及，對生物電信號的采集、量化和特征提取變得非常重要。為了得到準確的生物電信號進行特征提取，系統(tǒng)需要實現較高的精度；由于電池供電的限制，系統(tǒng)需要低功耗設計。ADC（模數轉換器）作為信號采集系統(tǒng)的關鍵模塊，占據了很大一部分功耗，而在所有類型的ADC結構中，SAR ADC（逐次逼近型模數轉換器）在功耗、精度之間有良好的折中，所以它非常適合中高精度、低功耗的應用。
　　本研究提出了一

2、種新型的模擬后臺校正算法并且基于該校正算法在 CMOS40nm工藝下實現了一款14位低功耗SAR ADC設計。對于電荷重分配型SAR ADC，電容的匹配精度對系統(tǒng)的線性度至關重要，電容失配成為實現中高精度SAR ADC的重要限制因素之一，于是電容失配校正算法不可或缺。本論文調研了三種主要的電容失配校正算法，包括模擬前臺校正算法、模擬后臺校正算法和數字后臺校正算法，分析對比了它們的原理和優(yōu)缺點，并且根據本次設計的應用環(huán)境提出了一種新型的模

3、擬后臺校正算法。經過MATLAB建模和電路實現，驗證了該校正算法可以很好地消除電容失配對系統(tǒng)線性度的影響，滿足實現14位SAR ADC的設計要求。其次，采樣開關的線性度和比較器的精度也是限制系統(tǒng)線性度的主要因素，于是該SAR ADC采用柵壓自舉結構，提高采樣開關導通電阻的線性度，從而提高采樣的線性度；比較器采用兩級前置運放加鎖存器（Latch）的結構，從而減小了 Latch的噪聲和輸入失調電壓。最后，為了滿足生物醫(yī)療的應用環(huán)境，本論文中

4、采取了一系列降低系統(tǒng)功耗的措施，例如，該SAR ADC采用0.8V的低電壓電源供電；該SAR ADC采用共模電壓復位的DAC結構，減少電容陣列的電容個數從而減小DAC的切換次數和功耗；比較器采用鐘控結構；數字邏輯采用堆棧式結構從而減小漏電?；贖SPICE仿真結果，在300 kS/s的采樣頻率下和0.8V的電源電壓下，該SAR ADC的無雜散動態(tài)范圍（SFDR）為94.1dB，信噪失真比（SNDR）為80.8dB，有效位數（ENOB）為