【摘 要】
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各类便携式设备已成为人们日常生活中不可缺少的一部分,随着便携式设备的应用场景愈加广泛,人们对生物医学应用的无线传感器设备的兴趣日益浓厚,这些传感器设备通常用于生物信号的长时间监测,如心电图（ECG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMG）。因此,应用于生物信号监测系统中电路的功耗成为了重点关注的方向。模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）作为模拟信号与数字信号的桥
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各类便携式设备已成为人们日常生活中不可缺少的一部分,随着便携式设备的应用场景愈加广泛,人们对生物医学应用的无线传感器设备的兴趣日益浓厚,这些传感器设备通常用于生物信号的长时间监测,如心电图（ECG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMG）。因此,应用于生物信号监测系统中电路的功耗成为了重点关注的方向。模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）作为模拟信号与数字信号的桥梁,是生物信号监测系统中的关键模块。因此应用于生物信号系统中模数转换器的低功耗与高能效成为一个有价值的探索方向。大多数生物信号变化速度缓慢且幅值较低,对于其中的模数转换器通常需要中等精度（8-12bit）和低采样率（1-1000k S/s）。在ADC中失调是一个不可忽视的问题,失调会使得ADC的传输曲线产生向上或向下的平移,导致ADC的高输出码字或低输出码字发生丢失从而降低ADC的量化范围。对于输入信号幅值本身就很小的低压ADC而言,更需要关注失调带来的影响。针对生物信号采集系统的应用,本文设计了一款用于生物电信号量化的低压ADC。整体采用异步逻辑进行实现,针对低压ADC的漏电问题,采用了一种两级带负压关断功能的自举采样电路,大大降低了ADC保持阶段的漏电流。针对输入信号高共模的特征,为电容阵列加入了电平移位功能。并考虑到前端放大器的驱动能力,通过电平复位的方式减缓了对放大器驱动电流的要求。应用于生物信号系统中的ADC不仅需要考虑功耗的问题还需要考虑其在系统中的前后级模块。在生物电信号系统中,ADC位于放大器与数字信号处理模块的中间。根据这样的特点,本文提出一种基于DAC的失调电压测量方案,将测量得到的失调量在数字信号处理模块中进行消除。ADC电路在CMOS 180nm的工艺节点下进行实现,电源电压为0.6V,采样率为200kS/s,无杂散动态范围为72.91dB,低频信号输入下有效位数为9.13bit。
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