用于植入式医疗设备的低功耗低位逐次逼近型模数转换器

针对植入式医疗设备中关键模块模数转换器(ADC)的超低功耗设计问题,以低功耗的逐次逼近型ADC为基础,提出了低位逐次逼近量化逻辑的模数转换器。量化逻辑主要用于以心电信号为代表的低活动度生物信号,在采用固定分辨率和采样率的情况下,根据信号的变化幅度调整量化次数,以达到降低功耗和压缩数据量的目的,在信号处于基线或缓变间期最少只需要3次量化就可以得到ADC转换结果。采用Global Foundry 0.18m标准CMOS工艺对该ADC进行了电路和版图设计,仿真结果显示,在1.8V的电源电压和1kHz的采样率下,ADC的有效位为9.6b,核心电路平均电流功耗为64～131nA。该低位逐次逼近模数转换器特别适合应用于植入或可穿戴医疗设备中低活动度生物信号的模数转换,在保证量化精度的同时显著降低了ADC的功耗。     

用于植入式医用芯片的低电压低功耗SAR ADC

为适应植入式医用芯片的使用要求,给出一低电压低功耗逐次逼近型模数转换器(SARADC)的设计。从降低功耗出发,提出了一种新的能量高效开关策略。与传统开关策略相比,电容阵列的平均开关能量减少了68%,电容阵列的面积仅为传统开关策略的50%;采用带校正的动态比较器,在提高精度的同时可以降低功耗;采用异步时钟,省略了高频时钟产生器,进一步降低了功耗。提出的5 Ms-111位SAR ADC采用SMIC 0.18μm CMOS混合信号工艺流片。供电电压低至1 V,功耗仅为0.236 mW,SNDR,SFDR分别达到55.1,68.38 dB。核心面积为650μm×1 000μm,符合植入式系统的要求。     

一种采用时域比较器的低功耗逐次逼近型模数转换器的设计

基于CMOS 90 nm工艺设计了一款采用时域比较器的10位逐次逼近型模数转换器（successive approximation register analog-to-digital convertor,SAR ADC）.与传统动态比较器相比,时域比较器利用差分多级电压控制型延时线将电压信号转为时间信号,并通过鉴相器鉴别相位差而得到比较器结果,减小了共模偏移对比较器的影响和静态功耗.同时,电路采用部分单调式的电容阵列电压转换过程,有效减小电容阵列总电容及其功耗.仿真结果表明,在电源电压1 V,采样率308 kS/s,信号幅度0.9 V的情况下,有效位数（ENOB）为9.45 bits,功耗为13.48 μW.      

一种采用时间交织结构的低功耗Pipelined SAR模数转换器设计

设计了一款低功耗12bit 100MS/s流水线逐次逼近型模数转换器(Pipelined SAR ADC),提出了一种第二级子模数转换器时间交织的结构,改善了模数转换器的采样率;优化Pipelined SAR ADC前后级子ADC的位数关系,同时结合半增益运算放大器技术,降低了运放的设计难度,减小了运放的功耗.本设计是在TSMC65nm LP工艺下设计实现的,在电源电压为1.2V,采样率为100MS/s,输入信号为49.1MHz时,此ADC可达到69.44dB的信噪比(SNDR)和74.04dB的无杂散动态范围(SFDR),功耗为8.6mW.     

逐次逼近型模数转换器研究进展

逐次逼近型模数转换器(successive approximation register analog-to-digital converter, SAR ADC)已占据中等速度和精度ADC的主要市场,其采样频率可达5 MHz,分辨率通常为8～16位。在保持其低功耗的固有优势下,SAR ADC设计面临更高速和更高精度的挑战。本文概述近年来逐次逼近型模数转换器的研究现状和先进技术,对电容阵列开关切换技术、比较器和校准方法进行归纳与讨论;对比了结合不同开关策略的电容阵列DAC性能;提出了适用于不同场景的比较器结构;对高速度、高精度、低功耗的SAR ADC研究进行了展望。     

针对植入式应用的8位100kS/s的逐次逼近型模数转换器设计

针对植入式医疗电子的应用需求设计了一个8位100 kS/s的低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC),并且基于0.13μm 1P8M工艺进行了流片(tape-out)验证.为了达到降低功耗的设计目标,对SAR ADC的子模块进行了仔细的分析设计:采用满足精度和速度要求的无源互补开关;采用失调(offset)优化的无静态电流的动态比较器;采用无静态功耗的电容阵列子数模转化器.测试结果表明,当输入测试信号为9.37 kHz时,该SAR ADC的信号噪声失真比(SNDR)为49.2 dB,动态无杂散范围(SFDR)为63 dB,有效位(ENOB)为7.8位.其微分非线性(DNL)和积分非线性(INL)分别为-0.15/+0.15 LSB和-0.35/+0.23 LSB,功耗为3.2μW,优值(FoM)为143 fJ/conversion-step.     

高性能模数转换器ADS8411及其应用

ADS8411是一款2MSPS采样速率的16位逐次逼近(SAR)模数转换器(ADC).该器件再次显著提高了本身已属业界速度最快的16位SAR转换器产品系列的采样率,其主要面向要求高速、高精度的高级应用,例如医学成像、便携式医疗仪器、零等待数据采集系统、数字通信等.文中介绍了ADS8411的性能特点、内部结构及引脚排列,并给出了其和8位通用数据总线微控制器的接口原理图.     

一种12-bit 50-MS/s 4-mW带比较器失调校正的逐次逼近型模数转换器

本文设计了一款低功耗12-bit 50-MS/s逐次逼近型模数转换器,提出了一种动态比较器失调电压校正技术,取代了采用预放大器降低比较器失调电压的传统方法,解决了比较器低功耗和高精度之间的矛盾;基于时分复用的方法,改进了转换器核心数字逻辑,只需传统结构1/2的硬件电路便能实现相同的功能.此外,本文针对桥接电容和寄生电容引入的非线性问题做了详细的分析和公式推导.本设计采用SMIC 65nm标准CMOS工艺,核心芯片供电电压为1.2V,采样速率为50MS/s,版图后仿真结果表明,该ADC可达到71.5dB的信噪比和84.5dB的无杂散动态范围,功耗为4mW,芯片核心面积为0.3×0.2mm2.     

14位低功耗逐次逼近型模数转换器设计

为了克服传统逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)精度低和能量效率低的问题,通过采用新型开关切换策略来提高SAR ADC的能量效率,采用冗余电容阵列和数字纠错技术来提高SAR ADC的精度。电路采用SMIC110nm CMOS工艺实现,并结合Cadence模拟开发套件进行后仿验证。结果表明,在工作电压为1.2 V,采样速率为1 MS/s时,输入0.301 MHz的正弦波,SAR ADC的有效位数(ENOB)达到了13.25 bits,信号噪声失真比(SNDR)为81.55 dB,功耗为181μW;所设计的SAR ADC电路的精度和功耗得到了有效改善。     

逐次逼近讨论方程的根

本文通过构造迭代函数，利用逐次逼近的方法给出了一类方程根的存在性与唯一性的判断的一种解决方案。     

一种基于开关逻辑结构的低功耗SAR ADC的设计

设计并实现了一款10位逐次逼近型模数转换器,该电路采用了改进型开关逻辑结构降低了开关的动作频率,提高了数模转换器的线性度,同时降低了模数转换器的功耗.仿真结果表明,该模数转换器在Chartered 0.35μm 2P4M工艺下实现了10位精度,转换速率为250 kHz,信噪比大于60 dB,功耗小于2 mW.流片后测试结果显示芯片达到设计指标要求,平均功耗为1.97 mW.     

流水线模数转换器的一种数字校准技术

为了降低流水线模数转换器中数字校准电路的规模和功耗,提出了一种新的基于信号统计规律的后台数字校准技术.该技术采用自适应搜索算法和二元单调函数的幅值增量比较算法,分别对基于信号统计规律的数字校准技术中的距离估计电路和查找表进行优化设计,减少了距离估计所需的数字电路和查找表所需的ROM空间,极大地降低了数字电路的规模和功耗.应用该校准技术实现了一个12位、采样率为4×107 s-1的流水线模数转换器.测试结果表明,同优化前相比,该芯片数字电路的功耗降低了931%,所需ROM空间减小了95%.整个芯片采用SMIC 0.18μm CMOS工艺设计,总功耗为210 mW,芯片面积为3.3 mm×3.7 mm.     

一种高精度低功耗流水线ADC开关电容电路

提出一种新的电容失配校正方案及功耗驱动的OTA设计思路,通过对虚地电容的修正,将电容失配因子在取样保持系统中去除,达到提高电容匹配程度,降低OTA增益误差的要求,使开关电容部分的瞬态功耗下降.本文采用TSMC 0.18μm工艺设计了一个8位,取样速率为200MHz的流水线结构模数转换器作为验证电路,仿真结果说明此优化结构符合高精度和低功耗要求,可应用到流水线等高速模数转换电路中作为信号前端处理模块使用.     

广义特征值摄动问题的逐步逼近法

以子空间缩聚及正交分解为基础，根据实矩阵的奇异值分解定理，对广义特征值摄动问题，提出了一种能同时有效地处理孤立特征值、相重特征值及相近特征值三种不同情况的逐步逼近法．计算实例表明，该方法合理可靠、精度高     

Secure Method for Software Upgrades for Implantable Medical Devices

<正>Introduction Use of implantable medical devices (IMDs), for heart, neurological, and urinary disorders; and for hearing loss, has increased rapidly in recent years. The devices involve pacemakers, implantable cardioverter defibrillators (ICDs), neuro-stimulators, drug delivery systems,     

植入式传感器系统中无线电能发射线圈的研究

为提高磁共振式无线电能传输系统的工作效率, 提出研究磁通量接收线圈强度的方法。以发射线圈为研究对象, 通过一种形函数对圆形、 矩形线圈进行仿真计算和深入研究。在实际效果区别较大的线圈形状中, 找出最优的线圈设计方法, 使其可在植入式传感器领域更好地应用。研究结果表明, 选取矩形发射线圈可同时在4个内角为4个接收装置供能, 从而大大提高传输效率。     

复变特征方程求根的系统逼近程序

本文提出了对复变特征方程求根的一种系统逼近程序。根据已知试探值,借助内插多项式逼近给定函数,求出进一步近似值。文中对初始试探值的选择以及逼近程序收敛性的保证作了较全面的论述,并以扁矩形消声管道为实例检验了系统逼近程序的可靠性。文末对逼近程序提出若干在实用上有参考价值的意见。