一种用于可穿戴医疗设备的低压超低功耗SAR ADC

摘要

针对可穿戴医疗设备,设计了一款0.5 V供电.2 kS/s采样率、10 bit精度的低压超低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC).设计采用自举采样开关来实现高线性采样.在低功耗策略上,使用了0.5 V的电压供电,使电路中绝大多数晶体管处于亚阈值区,由此产生的极低的电流对整体功耗的降低起了关键作用.另一种低功耗策略表现为在各个模块的选择、设计上,采用的5~5分段且逐位分裂的DAC电容阵列在降低自身能耗的同时省去了基准电路,降低了整体功耗,比较器以及SAR逻辑均采用无静态功耗的动态结构来降低能耗,此外,特别地提出了一种具有控制状态检测的高能效的控制电路,该电路不仅解决了由于时序处理不当而产生比较器误判的问题,且每个模块可以控制4个电容,提高控制效率的同时也降低了能耗.基于SMICO.18 μmCMOS工艺进行设计与后仿真,仿真结果表明,在0.5 V供电、2 kS/s采样率下,电路可达到的有效位数(ENOB)为9.68 bit,信噪失真比(SNDR)为60.1 dB,功耗为15.45 nW,品质因数(FOM)为9.4 fJ/conv-step.