高性能生物電信號儀表放大器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、用于生物電信號采集的儀表放大器屬生物醫(yī)學(xué)信號檢測中的關(guān)鍵元件，在癲癇、腦血管疾病、心臟疾病等各類疾病的診斷以及人工耳蝸、人造視網(wǎng)膜和智能假肢等智能生物電子裝置的功能實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域有廣泛用途。
　　考慮到生物電信號極低的幅值，此類放大器必須具有極好的低噪聲、低失調(diào)特性，論文重點(diǎn)就此開展研究。論文研究了儀表放大器的噪聲和失調(diào)來源，并對用于噪聲和失調(diào)消除的自動(dòng)調(diào)零技術(shù)及斬波調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)分析。然后比較了用于生物醫(yī)學(xué)信號檢測的典型儀表放大器

2、結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)探討了基于斬波技術(shù)的電容耦合儀表放大器，研究了運(yùn)用于輸出紋波消除的反饋式環(huán)路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。
　　在此基礎(chǔ)上，論文設(shè)計(jì)了兩種斬波型電容耦合儀表放大器。其中一種為電流復(fù)用的斬波型電容耦合儀表放大器，在主放大器和紋波消除環(huán)路中采用了電流復(fù)用技術(shù)以減小總功耗，并在反饋式紋波消除環(huán)路中采用了Ping-Pong自調(diào)零技術(shù)，使得儀表放大器輸出信號達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間縮小近一半。另一種為增益帶寬可調(diào)儀表放大器，主要特點(diǎn)包括:(1)運(yùn)用了斬波

3、調(diào)制技術(shù)、電流復(fù)用技術(shù)，并使用工作在亞閾值區(qū)的MOS管，以保證其低噪聲、低功耗性能;(2)采用Ping-Pong自調(diào)零與隔直電容相結(jié)合的技術(shù)消除斬波放大器輸出紋波;(3)使用了自適應(yīng)電極失調(diào)抑制環(huán)路，在能夠抑制除50mV以內(nèi)電極失調(diào)電壓的同時(shí)減小了電極失調(diào)抑制環(huán)路等效到儀表放大器輸入端的噪聲;(4)通過添加正反饋環(huán)路提升儀表放大器的輸入阻抗;(5)設(shè)置可變增益放大器和可變電容實(shí)現(xiàn)了儀表放大器的增益帶寬可變，以適應(yīng)各種生物電信號的實(shí)際需求

4、。
　　最終交付流片驗(yàn)證的芯片采用的工藝為Global Foundry0.18μm BCD1P6M，供電電壓1.8V，放大器的靜態(tài)電流4.2μA，增益在40dB,46dB,52dB,58dB可調(diào)，高通截止頻率約為0.1Hz，低通截止頻率可設(shè)置為1kHz與10kHz，在1kHz和10kHz帶寬內(nèi)等效到輸入噪聲分別為54nV/√Hz和55.4nV/√Hz，噪聲功率系數(shù)分別為4.25和4.36，共模抑制比為95dB，輸入阻抗約為50MQ