文中將以高性能超聲波設備為例，探討如何平衡噪聲、功耗、芯片占位面積以及集成度等問題?！　」脑谠S多電池供電應用中都非常重要。在這類應用中，CMOS工藝是個極好的選擇。但是，漏電與性能之間的平衡也很關鍵，決定著技術的選擇。此外，在這類應用中，混合信號集成也是一項重要要求。　　高效使用一些封裝技術可滿足在單個集成電路中實現大量功能的需求，比如在支持密集數字功能并同時要求低噪聲時。這種彼此相悖的需求有時也可采用多芯片模塊輕松滿足?！　”疚倪€將探討醫(yī)療設備的未來發(fā)展趨勢，包括生物信號的直接測量與自供電設備等。這些趨勢將推動現有工藝技術的改良，以滿足能源采集特性和其它非標準傳感器功能。模擬性能　　首先以超聲波設備為例來探討模擬性能需求。通過該范例，本文將介紹如何在性能、功耗、尺寸以及集成度之間進行權衡，并檢測雙極性與CMOS工藝技術的適用性。圖1是典型超聲波機器的系統(tǒng)方框圖，展示了傳輸與接收兩個部分。這兩個部分負責驅動傳感器與數字處理部分(未顯示)，從而構成完整的超聲波設備。
圖1：超聲波系統(tǒng)框圖　　　　在設計這種類型的接收模塊時需要考慮的問題包括輸入噪聲、線性度、增益以及功耗。給定封裝尺寸的接收通道數量決定了集成度。從傳感器接收到的信號可支持超過100dB的振幅變化。因此，低級信號(約10uV)端上的輸入噪聲與大型輸入信號(約1V)的線性度都是非常重要的性能參數。要適應這種大的動態(tài)范圍，可通過電壓控制衰減器(VCA)和可編程增益放大器(PGA)調節(jié)通道增益。圖3顯示了幾種PGA設置下，通過器件的總體增益隨VCA上電壓變化的情況?！?center>
圖2：圖1中執(zhí)行接收功能部分的詳細方框圖　　　　
圖3：接收模塊增益隨電壓控制變化的曲線圖　　下面將比較雙極性放大器與CMOS放大器的性能。雙極性器件與CMOS器件都可用于設計支持4mA偏置電流的開環(huán)放大器模塊，實現20dB增益。這里把(TI內部的)BiCMOS工藝為目標工藝技術。　　表1是用于放大器的雙極性器件和CMOS器件的尺寸比較。CMOS器件較大的尺寸及伴隨的輸入電容嚴重限制了放大器的輸入帶寬。在本例中，采用雙極性放大器可實現低偏置電流下的低噪聲。但使用雙極性器件可能會有基電流噪聲，而這在CMOS器件中則可以忽略不計。該基電流噪聲的幅度取決于傳感器的阻抗和系統(tǒng)具體的實施情況?！　?center>
表1：雙極性器件和COMS器件的尺寸比較