一个6.4GΩ输入阻抗104.5dB-CMRR 96dB-DR DD-AFE与三级IDAC用于小直径干电极接口

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 集成电路设计 集成电路设计
• 可穿戴技术可穿戴技术

背景情况:

• 可穿戴生物电位 (ExG) 信号采集面临着小直径干电极的挑战,包括低输入阻抗和对噪声的敏感性.
• 现有的模拟前端经常难以满足移动健康应用中高保真性ExG信号记录的苛刻要求.

研究的目的:

• 开发和描述一种新的直接数字化模拟前端 (DD-AFE),优化了干电极的增强性能.
• 改进关键性能指标,如输入阻抗,常态拒绝比 (CMRR) 和ExG信号采集的动态范围 (DR).

主要方法:

• 实现第二级连续时间三角形信号调制器 (CT-ΔSM) 进行直接数字化.
• 集成一个高输入阻抗前 (FF) 阶段在一个连续的近似注册 (SAR) 量化器.
• 使用固定电压死带辅助三级电流转向数字对模拟转换器 (IDAC).
• 采用一个高增益的,两级G_m-boosting的基于逆变器的操作传导放大器 (OTA) 与低频切割.

主要成果:

• 在50Hz时实现了惊人的6.4GΩ输入阻抗和104.5dBCMRR.
• 显示的峰值信号噪声和扭曲比率 (SNDR) 为90.4dB,动态范围 (DR) 为96dB.
• 验证了直线输入范围高达425mV_PP,在峰值输入时增加6.6dB的DR和42dB的SQNR改进.
• 该DD-AFE是使用0.18-μmCMOS工艺制造的.

结论:

• 开发的DD-AFE显著提高了对可靠的可穿戴ExG信号采集至关重要的性能指标,特别是在具有挑战性的干电极中.
• 使用的电路技术有效地解决了输入阻抗,CMRR和动态范围的限制,为更强大的生物潜能监测系统铺平了道路.
• 这项工作为下一代可穿戴健康设备提供了高性能,高能效的模拟前端.