基于FPGA的脉搏分析系统设计

设计了一款通过对光电容积脉搏波信号（PPG）处理来实现人体心率计算的硬件系统。采集到脉搏波信号后,首先采用汉明窗倒转式结构FIR滤波器过滤采集信号的噪声,在峰值检测模块中脉搏波信号的收缩峰,并且对脉搏波求一阶导数后检测其舒张峰,之后对两次峰值检测的输出进行计数,分别用其平均值计算心率。在计算结果稳定后,两种方法计算的心率相差在5%左右。信号处理系统的设计在Quartus II上完成,在ModelSim中验证模拟结果。

一种用于生物信号采集的CMOS全差分前置跨阻放大器设计

针对生物信号微弱、变化范围大等特点设计了一种用于检测微弱电流的全差分跨阻放大器(TIA)电路结构。不同于传统电路的单端输入,该结构采用高增益的全差分两级放大器实现小信号输入及轨到轨输出。基于CSMC 0.18μm CMOS工艺,采用1.8V电源电压对设计的电路进行了仿真,仿真结果表明:TIA输入电流动态范围为100nA^10μA,最大跨阻增益达到104.38dBΩ,-3dB带宽为4MHz,等效输入噪声电流为1.26pA/Hz。对电路进行跨阻动态特性仿真表明,在输入电流为100nA时,输出电压的动态摆幅达到3.24mV,功耗仅为250μW,总谐波失真(THD)为-49.93dB。所设计的高增益、低功耗、宽输入动态范围TIA适用于生物医疗中极微小生物信号的采集,可作为模块电路集成在便携设备中。

一种12位84 dB无杂散动态范围的高精度低功耗SAR ADC

由于穿戴设备的能量限制对ADC的功耗提出了更高的要求,所以在本设计的12位高精度低功耗SAR ADC中DAC部分采用VCM-Based电容开关时序来降低功耗;比较器部分通过在低精度模式和高精度模式间切换的方法来减少功耗,同时合理设计脉宽,降低工作时间,进一步降低功耗;SAR逻辑部分的时钟信号由比较器输出控制,减少不必要的功耗浪费,同时实现较高的无杂散动态范围。设计基于CSMC 0.18μm CMOS工艺,在1.8 V电源电压和10 k Sps的采样频率下,得到ADC的性能参数为:无杂散动态范围(SFDR)83.97 d B,信噪失真比(SNDR)71.92 d B,有效位数(ENOB)11.65 bit,总功耗868 n W,品质因数(FOM)28.6 f J/Conv,芯片面积472μm×199μm。

基于改进Scaling-Free CORDIC算法的DDS

直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS)在现代数字通信系统中有非常重要的应用。基于CORDIC算法的DDS在高速、高精度信号源领域已得到广泛应用,但传统的CORDIC算法存在迭代次数多、硬件消耗资源大、缩放因子补偿误差等问题。文章提出固定角度的传统迭代预旋转和分段双步SF(Scaling-Free)CORDIC算法旋转方式,有效减少了算法的迭代次数,并且采用区间映射将收敛区间扩展到[0,2π]。结果表明,该算法在保持高计算精度的同时减少了迭代次数和面积消耗。基于此算法的DDS产生的正交信号具有精度高、噪声低、线性度好等优点。

7nm工艺下片上电感耦合情况研究

基于TSMC N7工艺,使用了Cadence公司的Virtuoso和Lorentz Solution公司的Peak View作为仿真与验证平台,在不同的电磁屏蔽条件下,对制作在最上两层金属上的两个相互之间距离变化的片上电感的耦合情况进行了研究。通过二者电感值的改变,分析了其耦合关系,以丰富射频器件模型。