WBAN監(jiān)護(hù)系統(tǒng)用超低頻全集成有源濾波器設(shè)計(jì).pdf

1、WBAN（無線體域網(wǎng)）監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是以人體生理信號為對象，主要完成生理數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換與處理以及信號發(fā)射，為人們提供可穿戴便攜式無線實(shí)時健康監(jiān)護(hù)的服務(wù)。模擬前端集成電路作為物理信號和數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換接口電路，在WBAN監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中具有重要作用。為了抑制系統(tǒng)噪聲，提高系統(tǒng)信號處理能力，低功耗低頻率低噪聲以及寬線性的低通濾波器成為系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵電路單元。
　　運(yùn)算跨導(dǎo)放大器（Operational Transconductance A

2、mplifier，OTA）是構(gòu)建有源OTA-C濾波器的基本模塊。本文在研究幾種低跨導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)型的寬線性高輸出阻抗的OTA電路。為了滿足信號幅度的需求，通過改進(jìn)典型小跨導(dǎo)OTA的源極負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，拓展了OTA的線性范圍。而且采用共源共柵結(jié)構(gòu)作為OTA的輸出級，提高了電路的輸出阻抗，有效降低了OTA-C濾波器的通帶損耗。經(jīng)仿真驗(yàn)證，該OTA電路在-400 mV到400 mV范圍內(nèi)跨導(dǎo)偏差為0.4％且?guī)挐M足應(yīng)用要求。

3、　　本文采用了歸一化濾波器的頻率和阻抗標(biāo)度技術(shù)并通過 LC梯形等效的設(shè)計(jì)方法，嵌入了所提出的OTA電路，完成了五階Butterworth低通濾波器前端電路和后端版圖的設(shè)計(jì)。對濾波器的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明該濾波器具有較寬的線性范圍和接近理想情況的通帶增益。
　　由于工藝誤差、工作環(huán)境變化、寄生效應(yīng)影響以及器件老化等引起濾波器參數(shù)惡化，而且亞閾值技術(shù)還會使得這種惡化繼續(xù)加深，因此本文設(shè)計(jì)了一種基于開關(guān)電容技術(shù)的片上自動調(diào)節(jié)電路

4、。該調(diào)節(jié)電路結(jié)構(gòu)簡單，占用面積小，適用于對芯片面積有較高要求的WBAN監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的模擬前端集成電路。通過后仿真，該調(diào)節(jié)電路能夠有效調(diào)節(jié)濾波器的截止頻率。
　　所設(shè)計(jì)芯片（不含自動調(diào)節(jié)電路）采用SMIC0.18μm CMOS工藝流片，核心面積為450×460μm2。測試結(jié)果表明，濾波器的通帶衰減僅為6.2 dB，接近6 dB的理想情況，-3 dB頻率為276 Hz；對于50 Hz、0.8 VPP的正弦輸入信號，該濾波器的總諧波失真（T