低功耗低噪声CMOS跨阻放大器：穿戴式血氧脉搏仪的关键设计

本文主要探讨了一种创新的低功耗低噪声CMOS跨阻放大器（TIA）设计，旨在应用于可穿戴式血氧脉搏仪这一关键的生物传感器领域。随着可穿戴智能设备的普及，对健康监测设备的需求日益增长，特别是能够连续跟踪血氧浓度和心率的设备。传统的手持式血氧仪在长时间监测方面存在局限，而可穿戴设备则面临着功耗过高和噪声过大的挑战。 设计的核心在于提升TIA的性能，以适应反射式血氧脉搏仪对宽频率带宽、高信噪比以及低输入参考噪声的要求。具体设计上，输入级采用二极管连接的方式，显著降低了输入电阻，从而减少了外部噪声的影响。输出端则采用了有源电感峰化技术，有效拓宽了频率响应范围，同时保持了TIA的低功耗特性。 通过Cadence Spectre软件，基于TSMC 0.18微米工艺进行了详细的仿真分析。结果显示，这款TIA的跨阻抗增益达到了惊人的49.28分贝每欧姆（dbΩ），-3分贝频率带宽达到了3吉赫兹（GHz），这保证了信号的放大和传输效率。此外，输入参考噪声低至16.8皮安每赫兹根号（pA/√Hz），在1.8伏特（V）电源下，功耗仅为3.37毫瓦（mW），显示出卓越的节能性能，满足了可穿戴血氧脉搏仪对于低功耗和低噪声的严苛要求。 这项工作不仅提升了模拟前端电路的性能，也推动了可穿戴健康监测设备的发展，使得用户能够更方便地持续追踪和分析个人健康状况。这种低功耗、低噪声的CMOS跨阻放大器技术为未来智能穿戴设备的设计提供了重要的参考和创新方向。