應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的可控增益放大器設(shè)計.pdf

1、近年來，健康監(jiān)護系統(tǒng)不再受限于不可攜帶、不可移動的醫(yī)院監(jiān)護模式，隨著生物醫(yī)學(xué)與集成電路設(shè)計的不斷緊密結(jié)合，其研究逐漸拓展到可穿戴化和可植入化領(lǐng)域。要對幅度范圍較大的微弱人體生物電信號進行放大采集，就要求健康監(jiān)護系統(tǒng)模擬前端電路具有增益自動可調(diào)的放大功能，為此可控增益放大器成為電路的關(guān)鍵模塊與目前的研究熱點。
　　由于生物電信號頻率超低，許多生物放大器采用片外大電容、亞閾值區(qū)偏置晶體管、壓控偽電阻等技術(shù)來實現(xiàn)低頻截止以放大超低頻信號

2、；但是這些技術(shù)分別存在面積消耗大、需外加偏置電路、引進非線性失真大等問題，仍需不斷的改進與優(yōu)化。因此對其進行研究顯得尤為重要。本文針對可移動微型健康監(jiān)護系統(tǒng)的應(yīng)用要求，設(shè)計了一款具有可調(diào)的超低高通角頻率、良好線性度和自動增益控制的可控增益放大器，該放大器可適用于多種人體生物醫(yī)學(xué)信號的采集系統(tǒng)。主要工作和研究成果如下：
　?。?）基于二極管連接式偽電阻技術(shù)，采用SMIC0.18μm CMOS工藝設(shè)計了一種THD僅為0.13％的全差分

3、電容反饋可變增益放大器（variable gain amplifier，sensitivity VGA）芯片，面積僅為0.11 mm2；可在0.22 Hz~7.9 kHz的帶寬內(nèi)以3 dB增益步長由6.18 dB到43.55 dB對心電信號進行增益調(diào)節(jié)放大。測試結(jié)果證明，其具有高線性度、高集成度的優(yōu)點，但是由于二極管連接式偽電阻受工藝影響大，所獲高通角頻率偏大。
　?。?）在全差分電容反饋VGA的基礎(chǔ)上，提出采用T型偽電阻技術(shù)，獲

4、得了一個可調(diào)范圍為0.034 mHz~800 mHz的超低高通角頻率；并對其電容陣列和跨導(dǎo)運算放大器（Operational transconductance amplifier，OTA）進行改進優(yōu)化，實現(xiàn)了7 dB~52 dB的可調(diào)增益范圍、13.91 kHz的低通角頻率和3.72 uVrms~306.4 uVrms的等效輸入噪聲。仿真結(jié)果表明，該VGA不僅線性度高、集成度高，同時還具有大增益范圍、超低可調(diào)高通角頻率以及低噪聲的特點。