面向生物电信号提取的超低功耗自举采样开关

为有效提取低频、微弱、易受干扰的人体生理信号,可穿戴和医疗植入式ASIC电极中的ADC需搭载低功耗、高输出线性的栅压自举采样开关,其性能直接影响生物界面上本征信号的完整性和提取精度.本研究采用65 nm/0.6 V CMOS工艺,设计了一种适配该应用的栅压自举采样开关.通过附加"虚拟管"抑制电荷注入效应提升采样精度,通过增设"动态体偏置模块"和"体偏置切换控制模块",抑制阈值波动,稳定输出线性度.考虑人体生物电信号的低幅度和低频特性,分别对峰值0.6 V的信频上限10 kHz和低频100 Hz的模拟生理电信号以10 Msample/s的采样频率进行高速采样仿真分析.结果显示:在高频10 kHz消耗功耗587.3 nW,有效采样位数达8.9 bit,获得非杂散动态范围62.02 dB;当信频降为100 Hz,功耗降至6 nW,有效位数6.33 bit,非杂散动态范围可提升至78.19 dB.Cadence仿真结果表明,设计的自举开关性能可较好地满足人体生物电信号的采样需求.