1、生物電信號(hào)作為反映著人體生命特征和健康狀態(tài)的一類特殊信號(hào)，在醫(yī)學(xué)上有著十分重要的應(yīng)用。生物電信號(hào)的可靠采集和處理，是其用于協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行疾病診斷和治療的前提。然而，隨著人們健康意識(shí)不斷增強(qiáng)，傳統(tǒng)的生物電信號(hào)的檢測(cè)方式已不能滿足需求，人們迫切希望能有這樣一類移動(dòng)式、便攜式醫(yī)療儀器以對(duì)生物電信號(hào)提供實(shí)時(shí)連續(xù)的檢測(cè)和處理，從而預(yù)防疾病的產(chǎn)生，或是做到早發(fā)現(xiàn)早治療。
　　快速發(fā)展傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)以及無(wú)線通信技術(shù)等，使這類新型的移動(dòng)便

2、攜式的醫(yī)療儀器的出現(xiàn)成為了可能。模擬前端電路（主要包括前端放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器），作為這類新型醫(yī)療儀器中生物電信號(hào)采集系統(tǒng)中的重要模塊之一，主要用來(lái)將生物電信號(hào)進(jìn)行放大和量化處理，以便于后級(jí)的進(jìn)一步處理和傳遞。因?yàn)樯镫娦盘?hào)的特殊性（幅度低、頻率低、信噪比低），使得設(shè)計(jì)出適應(yīng)生物電信號(hào)特性的高性能的前端模擬電路變得困難。此外，對(duì)于移動(dòng)便攜式應(yīng)用，低功耗設(shè)計(jì)對(duì)于延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命，有效地減小電池的體積以及確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性是十分關(guān)鍵的。
　　

3、基于這樣的應(yīng)用背景和設(shè)計(jì)要求下，本文主要研究并設(shè)計(jì)了一款電源電壓為1.2V，采樣頻率為2kHz，目標(biāo)精度為12-bit，功耗低至1μW的二階的增量式模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）。該增量式ADC主要由一個(gè)二階可復(fù)位的sigma-delta(Σ△)調(diào)制器和一個(gè)二階的可復(fù)位的降采樣濾波器組成，幾種技術(shù)的結(jié)合使用以及系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大降低了系統(tǒng)的功率損耗。主要的設(shè)計(jì)如下:
　　1.前饋

4、架構(gòu):前饋路徑的引入，使得調(diào)制器環(huán)路中處理的僅僅只是量化噪聲。輸入信號(hào)被直接饋送到比較器前的加法器中。結(jié)果，調(diào)制器環(huán)路中非線性因素并沒(méi)有影響到輸入信號(hào)，此外，量化噪聲在幅值上遠(yuǎn)小于輸入信號(hào)，因此，較小的積分器輸出擺幅使得諧波失真大大降低。
　　2.雙關(guān)采樣(Correlated Double Sampling，CDS)技術(shù):在實(shí)際開(kāi)關(guān)電容積分器的設(shè)計(jì)中，由于有限的運(yùn)放增益，積分泄漏不可避免。CDS技術(shù)的采用，有效的消除了失調(diào)電壓、

5、1/f噪聲以及因有限增益引入的動(dòng)態(tài)失調(diào)電壓等，從而大大減小了積分泄漏。換而言之，CDS的采用也放松了對(duì)積分器中運(yùn)放增益的要求。
　　3.基于反相器的雙尾電流管的OTA（Operational Transconductance Amplifier）結(jié)構(gòu):前饋路徑的引入以及CDS技術(shù)的采用，降低了對(duì)OTA增益及輸出擺幅的要求。因此，本文采用簡(jiǎn)單的基于反相器的雙尾電流管的全差分的OTA結(jié)構(gòu)即可滿足設(shè)計(jì)要求，它降低了調(diào)制器功耗。OTA中所

6、有MOS管均采用厚柵管以盡可能地提高OTA的輸出擺幅，利用亞閾值區(qū)高的電流利用率將OTA中所有MOS管偏置在亞閾值區(qū)以進(jìn)一步降低功率損耗。
　　4.多輸入比較器:將前饋系數(shù)(c1，c2)的實(shí)現(xiàn)直接嵌入到比較器中，即采用多輸入比較器替換掉了傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電容加法器加比較器的實(shí)現(xiàn)模式，有效地降低了ADC系統(tǒng)功耗，更是節(jié)省了芯片面積。
　　5.全定制的金屬-氧化物-金屬(Metal-Oxide-Metal，MOM)型電容:設(shè)計(jì)中所用到

7、的電容都是定制的MOM型電容，以滿足由KT/C噪聲所限定的最小電容。
　　本文所提出的增量式ADC采用TSMC1P6M0.18μm CMOS工藝制造，在1.2V的電源電壓，2kHz的奈奎斯特采樣頻率下，該轉(zhuǎn)換器的僅消耗了600nW的功耗，單位能耗(Figure of Merit，F(xiàn)OM)為0.14pJ，而其信噪諧波失真比(Signalto Noise and Distortion Ratio，SNDR)達(dá)到了68.3dB。核心面積