微弱信號(hào)采集的前置放大器設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微弱信號(hào)的采集與分析技術(shù)逐漸成熟，促進(jìn)了國(guó)防科技，生物醫(yī)學(xué)，工業(yè)應(yīng)用以及各基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。微弱信號(hào)通過各類傳感器轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號(hào)，但傳感器輸出的信號(hào)通常微弱且頻率較低，需要一個(gè)高性能的模擬前端鏈路來處理信號(hào)，它是微弱信號(hào)采集系統(tǒng)的核心模塊。自然界中的低頻微弱信號(hào)種類眾多，本文將以典型的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)作為研究對(duì)象進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。
　　本文以有效提取生物醫(yī)學(xué)信號(hào)為目的，致力于設(shè)計(jì)一個(gè)低噪聲，低功耗和低芯片面積

2、的模擬CMOS前置放大電路。由于生物醫(yī)學(xué)信號(hào)因個(gè)體差異和采集環(huán)境不同會(huì)導(dǎo)致其幅度存在較大差異，本文將設(shè)計(jì)一個(gè)電阻式可變?cè)鲆娣糯笃?，利用可變?cè)鲆娣糯笃髟鲆婵烧{(diào)的特性，來針對(duì)不同的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)選用不同的增益實(shí)現(xiàn)放大，放大器能夠分別實(shí)現(xiàn)對(duì)腦電信號(hào)的100倍放大和神經(jīng)信號(hào)的1000倍放大。為了提高電路的電源電壓抑制比，并抑制采樣傳感器帶來的直流漂移電壓，本文引進(jìn)著名的“交流耦合-電容反饋”儀表放大電路，它使用電容和高阻抗的NMOS電阻，產(chǎn)生帶通

3、濾波效果，還可以去除低頻和高頻的噪聲。
　　整體的前置放大電路由可變?cè)鲆娣糯笃骱蛢x表放大器級(jí)聯(lián)而成，本文將分別探討不同級(jí)聯(lián)架構(gòu)的性能，并針對(duì)幅度在0.5Hz-1kHz的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，例如人體的心電信號(hào)，采取最適合的儀表放大器級(jí)聯(lián)可變?cè)鲆娣糯笃鞯募軜?gòu)，該架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的1000倍放大，并能達(dá)到良好的性能指標(biāo)。本文提出的模擬前置放大電路工作電壓為1V，采用0.18μm CMOS工藝，使用Hspice工具進(jìn)行仿真，整體電路平均消耗功