【摘 要】
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随着社会的进步,人们对健康生活愈加重视,便携式检测治疗设备和智能穿戴电子产品走入千家万户。这些产品具有体积小且续航时间长的需求,但如今新电池材料研究进入瓶颈期,因此芯片的低功耗设计显得尤为重要。模数转换器（ADC）是芯片中必不可少的结构,其负责将采集到的连续信号转换为电子设备可识别处理的0/1信号。在所有ADC类型中,逐次逼近型（SAR）ADC具有电路简单、功耗和芯片面积小的优点。本文基于TSMC
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随着社会的进步,人们对健康生活愈加重视,便携式检测治疗设备和智能穿戴电子产品走入千家万户。这些产品具有体积小且续航时间长的需求,但如今新电池材料研究进入瓶颈期,因此芯片的低功耗设计显得尤为重要。模数转换器（ADC）是芯片中必不可少的结构,其负责将采集到的连续信号转换为电子设备可识别处理的0/1信号。在所有ADC类型中,逐次逼近型（SAR）ADC具有电路简单、功耗和芯片面积小的优点。本文基于TSMC28 nm工艺,按照数模混合电路正向设计流程,设计出一款用在智能健康监测仪器中的低功耗12位SARADC,完成了整体电路设计、前仿、版图设计和物理验证工作。本文采用自主设计的栅压自举开关代替传统MOS开关,确保开关阻抗不随输入波动且保持稳定,提高了采样精度。在传统电容阵列的基础上设计出低五高七的桥式电容数模转换器,节省了 60%的电容数目,减小了芯片面积,降低了开关翻转次数且减小了寄生电容。比较器关系到整个电路的转换精度,本文采用自主设计的带有两级预放大功能的锁存比较器,预放大器的偏置电压由偏置电路自主产生,预放大电路的加入减小了回踢噪声的干扰,且每级电路中加入失调电压存储技术,确保了数据比较的精度。本设计为数模混合电路,在版图设计中根据SARADC工作流程进行整体布局布线,并对模拟部分和重要信号线部分添加保护环防止了噪声等干扰。设计的电路用Spectre工具仿真显示:在1.8 V供电电压,50 MS/s采样率的情况下,ENOB 为 10.4bit,SNDR 是 64.3 dB,SFDR 是 79.2dB,总体功耗是 667 μW,FOM 值仅为 4.94 fJ/step。
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