植入式医疗装置的无线通信和能量收集电路

针对传统植入式医疗装置中无线通信电路功耗高、面积大、通信距离短且通常不具备能量收集功能的问题,提出了一种高效率的无线通信和能量收集电路。无线通信电路通过采用脉冲幅度调制的近场通信方式,与传统的开关调制方式相比,其功耗更低,并且在相同误码率的情况下能够实现更远的通信距离;能量收集电路通过使用低功耗的MOS整流和稳压电路,其具有高转换效率、小面积的优势。采用0.35μm CMOS工艺,完成了电路的设计和仿真,通过搭建实验平台,对所提无线通信系统进行了验证。实验结果表明:所提电路可在2.0~2.8V电源下工作,在误码率不超过10-5的情况下,最远无线通信距离可达12cm,并且工作时的电流低于26μA;无线能量收集电路在输入800mV、128kHz正弦信号时,输出直流电压为1.73V,能量转换效率达到20%。所设计电路可应用于起搏器等植入式医疗装置中,可实现高效率的无线通信和能量收集。     

用反相器实现积分的低压低功耗级联型ΔΣ调制器

针对传统级联型ΔΣ调制器中运算放大器(OTA)增益要求过高和功耗过大的问题,提出了一种用反相器实现积分的级间反馈级联型低压低功耗调制器。该调制器采用带有级间反馈的级联型结构,从系统上消除了传统级联结构中传递函数失配的风险,大大降低了模拟积分器的设计要求,不再需要高电源电压、高增益的OTA实现积分来保证传递函数的精确性。此外,采用低增益、低功耗的C类反相器实现积分功能,节约了芯片功耗和面积,用0.5μm互补型金属氧化物半导体(CMOS)工艺设计了一个两级级联的四阶ΔΣ调制器,仿真结果表明,所设计的调制器版图核心面积仅为858μm×525μm,调制器可工作在低至1.4V的电源电压下,在信号带宽为3.9kHz、过采样率为128的情况下,信噪失真比(SNDR)最大为99.8dB,平均电流消耗仅为58.6μA。该调制器适用于低频信号的高精度处理,具有低压低功耗优势。     

采用电荷平衡模数转换器的高精度CMOS温度传感器

针对传统CMOS温度传感器芯片精度低,功耗高和温度范围窄的问题,提出了一种采用电荷平衡模数转换器(ADC)的高精度CMOS温度传感器。为了避免使用高精度带隙基准源,传感器中基于寄生双极晶体管的温度感知电路分别产生与温度成正比和反比的两个电压,再用一个电荷平衡ADC对这两个电压交替量化,得到与实时温度对应的数字量;工艺波动引起的感知误差采用一个外置基准电压来校准;整个温度传感器电路采用0.18μm CMOS工艺设计。仿真结果表明:在-40～125℃的温度范围内,传感器的测量精度可达±0.2℃,完成一次测量的时间仅为42ms,工作电流为130μA,芯片版图面积为0.55mm~2。该温度传感器可应用在植入式医疗、射频标签和物联网等系统中实现对温度的高精度测量。     

用于植入式医疗装置的逐次逼近式模数转换器

针对植入式医疗装置对模数转换器(ADC)的超低功耗和高精度要求,提出了一种共模恒定型分段混合编码结构的逐次逼近式模数转换器(SAR-ADC)。该SAR-ADC的电容数模转换器DAC中采用分段混合编码结构,兼具了分段二进制编码的低功耗优势和分段温度计编码的高线性度优势。共模恒定型控制方式具有极低的动态功耗。采用HHNEC 0.35μm CMOS工艺完成了10位共模恒定型分段混合编码SAR-ADC的电路和版图设计。后仿真结果表明:所设计的SARADC的电源电压范围为1.8~3V;在采样率为103 s-1的条件下,其有效位数为9.4位;整个SARADC所消耗的电流仅为60nA,在同等工艺条件下具有更低的功耗;所设计的转换器能够满足心脏起搏器等植入式医疗装置的需求。     

一种新的估计模数转换器积分非线性误差的直方图方法

针对传统的正弦波码直方图法估计高精度模数转换器(ADC)积分非线性误差所需的样本点数十分庞大的问题,提出了一种新的采用滑动平均滤波的正弦波码直方图法--滑动平均法.该方法先用传统的正弦波码直方图法对较少的样本点粗略地进行积分非线性误差估计,然后对估计出的积分非线性误差进行滑动平均滤波,最终准确估计出ADC的积分非线性误差.仿真和测试结果表明,滑动平均法能使测试所需的样本点数至少减少了90%,且能达到与传统的正弦波码直方图法相近的估计精度,从而节省了测试时间和成本.     

用于高速模数转换器的非对称全差分参考电压缓冲器

针对现有高速高精度模数转换器(ADC)芯片内部参考电压缓冲器需要牺牲很大功耗来满足精度和速度要求的问题,提出了一种具有非对称AB类输出级的全差分参考电压缓冲器,能够以较低的运放增益满足缓冲器高精度的需求,从而显著降低缓冲器的功耗。通过引入非对称的输出结构,参考电压缓冲器只需要满足高带宽,不再需要较高的开环增益;输入级采用互补结构进一步降低了功耗;为了消除传统结构所引入的高阻节点,提出了低输出阻抗的AB类驱动电路,提高了带宽。仿真结果表明,在负载为20pF的片内滤波电容的情况下,参考电压缓冲器的功耗为27mW,建立时间小于2.5ns,与相近性能的电路相比,所提电路的功耗更低。其中运放的单位增益带宽为602MHz,相位裕度为61°。所提出的参考电压缓冲器应用于一款双通道14位200 MHz的流水线ADC中,测试结果表明,ADC的信号噪声失真比达到73dB,所提出的电路结构能以较低的功耗实现较高的精度和速度。     

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。     

激光自动椭偏仪及其应用

本文研制了一种廉价、高速、高精度的旋转椭圆偏振仪.用Apple-Ⅱ微机进行数据采集和处理,从采集和处理数据到得出结果只需6秒左右.应用软件具有可测量均匀衬底材料的(n,k),单层膜或双层膜的(n,d)等三种功能.能广泛地应用于薄膜厚度及材料光学特性的快速测量.