30、生物医学应用中的ADC电路与无标记医学诊断CMOS电路设计

生物医学应用中的ADC电路与无标记医学诊断CMOS电路设计

生物医学应用中的ADC电路

在生物医学信号数字化领域，高效的模数转换器（ADC）架构至关重要。这里介绍两种具有高能量和面积效率的单放大器ADC架构。

1. 电路组成与工作原理

• 时钟相位处理 ：在电路中，一部分用于将时钟频率除以2，另一部分用于为1.5位量化器（FQ）提供的时钟相位实现90°相移。移位寄存器（基于简单的D型触发器）用于同步FQ提供的数据，它们需要在适当的时间在FQ1和FQ2之间切换输入，这通过CMOS开关对数据位进行多路复用实现。
• 运算跨导放大器（OTA）和比较器
  • OTA结构 ：采用差分调节折叠共源共栅结构作为输入级，使用两个辅助全差分单级折叠共源共栅放大器（SatN和SatP）来提高增益。共源第二级增加了增益和输出电压摆幅，电源电压仅为1.2V。
  • 补偿电容 ：在每个信号路径中，两个补偿电容Ca和Cb提供混合级联米勒补偿。加载在辅助放大器上的电容CsN和CsP增加了控制增益提升环路引起的偶极子（极点 - 零点对）频率的自由度。
  • 比较器 ：每个1.5位FQ由2个比较器、一个温度计 - 二进制数字编码器和一个x, y, z编码器组成。每个比较器包括一个输入开关电容（SC）分压网络来定义阈值电平，随后是一个普通的动态前置放大器/正反馈锁存器。该比较器通过详尽的蒙特卡罗模拟进行了优化，以实现低失调、降