中文摘要：

植入式电子系统是一种埋置在生物体内的电子设备，用以监控生理生化参数变化，维持延长生命。工作环境对植入式芯片系统的功耗、面积要求苛刻，而系统日益提升的性能也对信息采集精度提出更高要求。项目将就其设计中若干关键技术问题开展研究，涉及系统及低噪声前端放大器、高分辨率模数转换器和高效能供能单元等关键模块的设计与构成。内容包括系统模块的高精度建模，综合应用开关电容和SO（开关型运放）技术结合chopper技术降低放大器噪声水平，采用多位量化技术与SO/CBSC(基于比较器的开关电容电路技术)技术组合构成新的前馈型Sigma-Delta结构，在改善性能同时优化放大器和转换器模块的功耗与面积。并提出一种非接触式能量供给技术，采用超级电容替代电池作为储能单元，结合多增益电荷泵，提高输入电压变化时的转换效率，在减小功能模块体积同时实现高效能量供给。项目成果在便携式精密探测设备及航空航天等领域也有广泛应用前景

结论摘要：

对植入式系统芯片设计中若干关键技术开展了研究，主要围绕适用于微弱信号检测的高输入阻抗前端仪表放大器、高分辨率低功耗超微面积模数转换器以及高效能供能单元的设计技术展开。在高精度建模基础上，开展了放大器低功耗低噪声高输入阻抗设计技术和主放大器电路设计技术研究。其中，分别采用加入新颖的高电容利用率的低通滤波结构，结合斩波技术在大幅减小面积消耗的同时有效抑制了高频纹波，以及运用自调零技术来降低放大器的失调电压、闪烁噪声，抑制斩波调制后对应的高频纹波；通过正反馈技术大幅提升输入阻抗，并引入DC Cancellation Loop抵消被斩波器调制后的电极直流失调电压；应用交叉耦合MOS管降低了功耗，并通过带通结构有效滤除低频和高频的噪声。在模数转换器研究中提出一种改进的Pseudo DWA技术，采用动态器件匹配解决多比特量化调制器中反馈DAC电容失配引起的带内非线性失真，易于实现，确保了较高的转换精度；提出半周期延迟积分器结构，使内部OTA只需工作半个周期，节省近半功耗。并与运放共享技术结合，使相邻积分器内部的运放在同一个时钟周期的不同相位工作，降低了系统工作频率和动态功耗；在调制器内的放大器设计中，采用Class-AB电流镜型OTA结合电流消耗技术来提高运放的DC增益；发展了一种新颖的CMFB电路改善线性，提高反馈速率，减少电荷泄漏带来的误差；发展了一种全开关型Class-AB 电流镜开关运放，在半周期内切断电源以节省50%的整体功耗；采用Cross-Coupling结构增加运放增益，缩短运放恢复时间，通过改进电路减小瞬态功耗，使总功耗再降低近1/4。此外，完成了寄生效应不敏感、面积和功耗优化的极小增益系数谐振器设计，减小了谐振器功耗，并对低功耗量化器进行了面积优化，在高性能调制器领域获得若干具有国际先进水平的成果。同时，开展抽样滤波器的功耗面积优化研究，提出一种可省去前置放大器的动态比较器，采用多种措施如用高密度的MOSCAP电容替代传统的MIM金属电容来节省面积，优化了模数转换器整体性能。针对植入式系统的能量供给特点，提出一种以非接触式充电平台为能量传输方式，超级电容为储能单元，由新型电荷泵变换器为系统供电的新颖集成能量供给系统，并对其中关键模块的设计展开了研究。此外，开展了混合动力源等新型能量系统和模块的研究，完成了用于植入式系统的能量采集系统的超低电压启动单元的研制。