JSSC 2013第11期Digital Circuits45nmBiosignal

An Energy-Efﬁcient ECG Processor in 45-nm CMOS Using Statistical Error Compensat

45nm CMOS亚阈值ECG处理器，采用统计误差补偿技术降低能耗

14.5 fJ/cycle/1k-gate, 28%能耗降低, 16×电压变化容忍度

ECG处理器亚阈值设计统计误差补偿能量效率CMOS

▸创新点1：统计误差补偿(SEC)技术（方法创新） - 该技术通过统计学方法动态补偿亚阈值电路中的时序误差，允许在5.8%的预校正错误率下仍保持功能正确性，相比传统无误差系统实现了28%的能耗降低，显著提升了容错能力。

▸创新点2：最低能量工作点(MEOP)优化（系统创新） - 在45nm SOI CMOS工艺中精确识别并稳定运行于亚阈值区域的最小能量点，结合SEC技术使供电电压可进一步降低15%，实现14.5fJ/cycle/1k-gate的超低能耗指标。

▸创新点3：超低电压容错设计（电路创新） - 通过自适应电路架构支持电压缩放至临界值以下15%，同时耐受16倍电压波动，相比现有技术提升600倍电压容限，突破传统亚阈值电路稳定性限制。

▸创新点4：能效-性能协同优化（系统创新） - 在维持ECG心率检测功能的前提下，实现19倍检测性能提升与4.7倍能效改进的双重突破，建立医疗电子设备超低功耗新标杆。

Abstract

A subthreshold ECG processor in 45-nm IBM SOI CMOS is designed to operate at the minimum energy operating point (MEO P). Statistical error compensation (SEC) is em- ployed to further reduce energy at the MEOP. SEC is shown to reduce by 28% compared with the conventional (error-free) case while maintaining acceptable beat-detection performance. SEC enables the supply voltage to be scaled to 15% below its critical value at MEOP, while compensating for a5 8 % precorrection error rate . These result