[发明专利]一种应用于生物神经信号处理的可重构SS/SAR ADC

说明书

本发明公开了一种应用于生物神经信号处理的可重构SAR/SS ADC，包括：重构单元(1)，AP检测器(2)，斜坡发生器(3)，多输入比较器(4)，SAR逻辑单元(5)和计数器(6)。本发明提供的可重构SS/SAR ADC两种工作模式，在压缩模式下当做SS ADC使用，只有当AP信号到来时才量化输入信号，并且可以保留AP信号的完整性，降低了电路的功耗；在普通模式下当做SAR ADC使用，可以精确地记录信号曲线的形状，有助于进一步的神经科学研究。

技术领域

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种应用于生物神经信号处理的可重构SS/SAR ADC。

背景技术

近年来，用于获取神经信号的模拟前端技术发展迅速，而一个高效模数转换器(ADC)是神经记录接口中不可缺少的关键模块。神经信号由于其低频(10kHz以下)、微弱(3mV以下)的特性导致其极易受到外界干扰，进而使得准确读取数据变得非常困难。另一方面，人们对便携可穿戴无线设备所带来的极大生活便利的渴望与日俱增。

目前，针对神经信号获取系统，普遍希望在保持较低功耗的前提下，能够高质量的对神经信号活动进行记录。神经信号通常包括多个频率和振幅分量。例如，在脑电信号中，局部场电位(LFP)出现在0.5Hz至300Hz之间，振幅为1mV至3mV，而动作电位(AP)出现在0.3KHz至10kHz之间，振幅为100μV至300μV，人们普遍认为神经记录的主要信息是由AP信号提供的。

然而，由于AP信号在时间域内是稀疏的，传统的ADC由于完整的处理了整个时间域内的神经信号，会浪费大量的功耗在一些无用的信号中。因此设计一个高效的，低功耗的，用于神经信号处理的ADC成为集成电路设计的一个重要内容。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种应用于生物神经信号处理的可重构SS/SAR ADC。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种应用于生物神经信号处理的可重构SS/SAR ADC，包括：重构单元，AP检测器，斜坡发生器，多输入比较器，SAR逻辑单元和计数器；其中，

所述重构单元连接ADC输入端V_IN和所述多输入比较器，用于接收、存储ADC的输入信号并向所述多输入比较器输出第一信号；

所述AP检测器连接所述ADC输入端V_IN、所述重构单元以及所述斜坡发生器，用于检测AP信号并触发所述重构单元向所述多输入比较器输出第二信号以及触发所述斜坡发生器产生斜坡信号；

所述斜坡发生器连接所述多输入比较器，用于向所述多输入比较器输入所述斜坡信号；

所述多输入比较器连接所述SAR逻辑单元和所述计数器，用于接收处理所述第一信号并输出第三信号以及接收处理所述第二信号和所述斜坡信号并输出第四信号；

所述SAR逻辑单元连接所述重构单元，用于控制所述重构单元更新第三信号，并根据所述第三信号得到N位输出数字码；

所述计数器连接所述多输入比较器输出端，用于接收第四信号进行计数并输出数字码。

在本发明的一个实施例中，所述重构单元包括加权电容器组C₀～C₂₀，所述电容器组C₀的电容量为1C，所述电容器组C_i的电容量为2^i-1C，i为正整数且1≤i≤5，所述电容器组C₆～C₂₀的电容量均为32C；其中，

所述电容器组C₀～C₅的上极板通过开关S₁连接V_IN端并通过开关S₁′连接V_OUT端；