【摘 要】
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生物细胞检测在疾病诊断、新药开发中应用广泛。无透镜细胞检测系统因其特有的大视野、便携性特点,在细胞即时检测领域受到关注。由于无透镜系统采集的细胞图像为透射图像,因此存在背景液体与细胞区域灰度值比较接近,细胞细节信息难以区分的问题。因此,采用非线性映射的方法,拉伸细胞和背景液体的对比度,提高细胞图像局部质量非常重要。为了实现这种非线性映射,本文设计了一种非线性模数转换器（Analog to Digi
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（61771388）；
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生物细胞检测在疾病诊断、新药开发中应用广泛。无透镜细胞检测系统因其特有的大视野、便携性特点,在细胞即时检测领域受到关注。由于无透镜系统采集的细胞图像为透射图像,因此存在背景液体与细胞区域灰度值比较接近,细胞细节信息难以区分的问题。因此,采用非线性映射的方法,拉伸细胞和背景液体的对比度,提高细胞图像局部质量非常重要。为了实现这种非线性映射,本文设计了一种非线性模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）去量化输入信号。根据实际的应用需求,本文设计的非线性ADC以线性单斜ADC结构为基础,其分辨率为10bit,采样率为18.87KSps,量化的电压范围为0.2V-2.2V。非线性ADC电路由非线性斜坡发生器、比较器、计数器和寄存器构成。非线性斜坡发生器电路基于积分型斜坡发生器结构,电路首先采用其中的斜坡自适应电路对基准电流值进行校准,自适应完成后再使用不同倍数的基准电流值对积分电容放电产生非线性斜坡来满足对细胞图像不同区域不同量化程度的要求;比较器采用三级预放大和锁存器级联结构,并加入输出失调存储技术来达到高速高精度的要求;在计数器的设计中,采用了出错率低的格雷码计数器。整体非线性ADC电路使用UMC180nm工艺实现,电路的原理图和版图设计及仿真依靠Cadence、Verilog、Matlab等工具。前仿真中,该非线性ADC电路的微分非线性为-0.25LSB/0.25LSB,积分非线性为-0.52LSB/0.05LSB。在 18.87KSps 的采样率和 10bit 的线性斜坡下,仿得ENOB为9.53bit,SNR为61.08dB,SFDR为68.27dB。整体电路的版图面积为388μm×386.6μm。在与前仿相同仿真条件的后仿里,得到的ENOB是8.93bit,SNR 是 56.85dB,SFDR 为 58.98dB。
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