高性能生物電信號儀表放大器的研究與設計.pdf

1、用于生物電信號采集的儀表放大器屬生物醫(yī)學信號檢測中的關鍵元件，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現(xiàn)領域有廣泛用途。
　　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、低失調特性，論文重點就此開展研究。論文研究了儀表放大器的噪聲和失調來源，并對用于噪聲和失調消除的自動調零技術及斬波調制技術進行了重點分析。然后比較了用于生物醫(yī)學信號檢測的典型儀表放大器

2、結構，重點探討了基于斬波技術的電容耦合儀表放大器，研究了運用于輸出紋波消除的反饋式環(huán)路的設計及實現(xiàn)方法。
　　在此基礎上，論文設計了兩種斬波型電容耦合儀表放大器。其中一種為電流復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)路中采用了電流復用技術以減小總功耗，并在反饋式紋波消除環(huán)路中采用了Ping-Pong自調零技術，使得儀表放大器輸出信號達到穩(wěn)定時間縮小近一半。另一種為增益帶寬可調儀表放大器，主要特點包括:(1)運用了斬波

3、調制技術、電流復用技術，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自調零與隔直電容相結合的技術消除斬波放大器輸出紋波;(3)使用了自適應電極失調抑制環(huán)路，在能夠抑制除50mV以內(nèi)電極失調電壓的同時減小了電極失調抑制環(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)設置可變增益放大器和可變電容實現(xiàn)了儀表放大器的增益帶寬可變，以適應各種生物電信號的實際需求

4、。
　　最終交付流片驗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，高通截止頻率約為0.1Hz，低通截止頻率可設置為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