面向生物电信号提取的超低功耗自举采样开关∗

李 娜，段文娟，张伟哲，刘鑫芳，孟庆端，刘 博

(河南科技大学电气工程学院，河南 洛阳 471023)

可穿戴、植入式微电子设备的生理信号监测已成为运动、生理医疗等领域的热点话题。人体的心率、脉搏、血压等生物电信号具有低频、微弱、易受干扰等特点，因此，对采集信号的微型电路来说，除对采样速率无过高要求外，对功耗、精度、抗干扰性和可靠性等都提出了较高要求。生物电信号采样的电路中，最常用性能均衡的逐次逼近型模数转换器(SAR-ADC)，其在低频状态下仍有良好的精度和较低功耗。其中，栅压自举采样开关是ADC 的重要组件之一，可对初始信号进行采样和保持[1－2]，该开关的性能也将直接影响生物界面信号提取的精度和效率。

MOS 器件的栅控导通电阻和极间寄生电容显现出一系列非线性特征，导致了传统的栅压自举开关电路存在输出线性度差、采样精度低的特点[3]。再加上为实现栅压自举功能引起的拓扑结构复杂[4－5]，功耗上涨，这些都不能很好地适配当下低电源电压、低功耗便携式电子设备的续航要求。目前的研究多是围绕高频、高精度ADC 的信号采样[6－8]，采样开关在电容阵列DAC 中的低功耗设计[9－12]，轨对轨输入信号摆幅改善[13－14]，以及由体效应引起的阈值波动[15]、泄漏电流等开关鲁棒性设计[16]也有很多研究。

采样开关的线性精度主要取决于开关晶体管的等效导通电阻是否恒定。文献[4]和[13]中均提出采用NMOS 和PMOS 结合的并行开关结构，实现了在输入全摆幅范围内的常数导通电阻，保证了自举的线性特性。……