生物電信號(hào)模擬采集前端芯片的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、生物電信號(hào)是復(fù)雜的生命體發(fā)出的自然電信號(hào)，它反映了生命體的一些生命現(xiàn)象和狀態(tài)等信息。隨著人類對(duì)于醫(yī)療保障需求的不斷提升，傳統(tǒng)的生物電信號(hào)采集系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足實(shí)時(shí)便攜的監(jiān)測需求，加之集成電路的快速發(fā)展給便攜式采集系統(tǒng)提供了硬件條件，可穿戴的生物電信號(hào)采集成為趨勢。其中，由于低功耗低噪聲的模擬前端放大器和電極傳感器直接相連，決定著信號(hào)采集的質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確便攜式采集的系統(tǒng)的重要一環(huán)。本論文主要工作是實(shí)現(xiàn)了采集前端放大器的設(shè)計(jì)，并針對(duì)該結(jié)構(gòu)出

2、現(xiàn)的問題進(jìn)行了較深入的理論分析和驗(yàn)證。
　　本文首先對(duì)生物電信號(hào)及其采集系統(tǒng)的需求進(jìn)行了簡單介紹，從發(fā)展趨勢角度對(duì)采集系統(tǒng)芯片進(jìn)行了分析和總結(jié)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)圍繞低功耗、低噪聲兩個(gè)重點(diǎn)，放大器前端采用AC耦合方式設(shè)計(jì)，能夠抑制直流失調(diào)電壓并且本身有較高的輸入阻抗。跨導(dǎo)放大器(Operational Trans-conductance Amplifier)設(shè)計(jì)采用工作在亞閾值區(qū)的全差分套筒式結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)低功耗和低噪聲。此外，本文討論了基

3、于gm/ID的亞閾值區(qū)的寬長比調(diào)節(jié)方法，對(duì)該系統(tǒng)中應(yīng)用到的阻抗提升技術(shù)、虛擬電阻模塊以及偽浮柵結(jié)構(gòu)(Quasi-Floating Gate)做了詳細(xì)闡述。最后，對(duì)在后仿過程中發(fā)現(xiàn)的因失配導(dǎo)致的CMRR大幅下降的問題進(jìn)行了理論推導(dǎo)，并建立相關(guān)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證、提出了解決方法。
　　芯片在XFAB0.35微米工藝下完成流片。后仿結(jié)果如下：供電電壓3V，最小功耗為2.7μW，等效輸入噪聲1.78μVrms（0.5-200Hz），閉環(huán)增