一个107.6dB-DR的三步增量ADC用于运动耐受生物潜能信号的记录

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 电气工程 电气工程
• 信号处理 信号处理

背景情况:

• 可穿戴生物电位信号记录需要模拟数字转换器 (ADC),能够承受直流和低频干扰.
• 常见的干扰包括电极偏移,50/60 Hz干扰和运动工件,这些都会降低信号质量.
• 现有的ADC通常难以实现高动态范围 (DR),同时保持可穿戴应用的功率效率.

研究的目的:

• 开发一种节能,高动态范围的增量ADC (IADC),专门设计用于可穿戴生物潜能信号记录.
• 为了应对耐受直流和低频干扰在生物潜能信号中的挑战.
• 改善信号噪声和扭曲比 (SNDR) 和电心电图 (ECG) 和电脑电图 (EEG) 等应用程序的整体性能.

主要方法:

• 一种混合IADC架构,在二级增量三角形信号调制器 (ΔΣM) 上结合了变焦-SAR和扩展计数 (EC).
• 这三步转换过程降低了超采样比率 (OSR) 与传统的增量 ΔΣMs 相比.
• 欧盟技术进一步增强了SNDR,提高了信号保真度.

主要成果:

• 制造的IADC实现了107.6dB的DR,104.9dB的峰值信号对噪声比 (SNR) 和99.3dB的峰值SNDR在2kS/s.
• 来自1.8-V/1.2-V供应的功耗为130μW,为176.5dB的动态范围 (FoM_DR) 提供了具有竞争力的功效图.
• 在运动工件条件下展示了有效的可穿戴心电图和脑电图记录,展示了IADC的稳定性.

结论:

• 开发的高DR IADC适用于高功率的可穿戴生物潜能监测.
• 它能够承受显著的直流和低频干扰的能力简化了先前的模拟电路,例如仪表放大器.
• IADC的性能验证了其在现实世界中可靠的ECG和EEG采集的实用性,易于运动的环境.