5G驱动的生物电阻测量系统中应用的定制DHC DAC与SAR ADC设计

本研究论文深入探讨了5G技术背景下应用于生物阻抗测量系统中的数字与模拟转换器设计，特别是3位数字谐波消除(Digital Harmonic Canceling, DHC)数字到模拟转换器(DAC)和10位逐次逼近型模拟到数字转换器(Successive Approximation Register, SAR) ADC。这些电路旨在通过向心肌组织和血液池注入电流，来精确测量心脏的每搏量。 在5G/ADC设计中，核心部分是3位DHC DAC。它采用160kHz方波参考时钟的适当加权电流镜实现，能精确地产生一个100μArms的电流脉冲，频率锁定在20kHz的基频上。这种设计有助于消除输入信号中的谐波干扰，提高测量精度。同时，该系统的低功耗和高效性对于生物医学应用中的信号处理至关重要。 另一方面，10位SAR ADC采用同步逻辑、底板采样技术和充电再分配电容DAC，实现了160千样本/秒(fs=160kS/s)的高数据速率。这种架构结合了先进的数据转换技术和快速采样策略，确保了从生理信号到数字信号的高效转化，对生物阻抗测量结果的实时分析具有重要意义。 论文作者Kaarthik Rajendran在导师Jonathan W. Valvano教授的指导下进行这项工作，他的硕士论文是在得克萨斯大学奥斯汀分校完成的，旨在满足获得工程硕士学位的要求。论文还表达了作者对父母无尽的感激，尤其是他们的无私支持和牺牲，使他得以接受优质教育并追求学术生涯。 这篇论文不仅提供了重要的技术细节，还展示了如何将现代通信技术（如5G）与生物医学工程相结合，创造出适用于实际临床场景的高性能传感器硬件。这对于推进生物阻抗成像和监测技术的发展具有重要价值，也为未来的医疗设备和无线健康监测系统奠定了基础。