运算放大电路、主动电极及电生理信号采集系统技术方案

本发明专利技术提供一种运算放大电路，其由四个NMOS管、五个P型共源共栅管、一个N型共源共栅管、第一电阻及第一电容组成，其中两个大栅极面积的NMOS管组成差分输入对管，且该NMOS管的栅极构成反相输入端和同相输入端。本发明专利技术另外提供具有所述运算放大电路的主动电极及具有所述主动电极的电生理信号采集系统。利用所述运算放大电路及所述主动电极电路，所述电生理信号采集系统可在电极上实现较大增益的信号放大，有效地增强生理信号的抗干扰能力、减小噪声、增强信号精度；同时，所述运算放大电路具有较大输入阻抗（远高于皮肤阻抗），一方面可解决现有技术需要皮肤清洁剂和导体胶的问题，另一方面可提高信号采集精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模拟集成电路领域，尤其一种涉及运算放大电路、主动电极及电生理信号采集系。
技术介绍
在心电、脑电等生理信号的实际测量中，通常会使用皮肤清洁剂和导体胶以减小皮肤阻抗，增强电极和皮肤间的导电性。然而，这种传统的测量方法通常需要很长的准备时间，而且会对人体的皮肤造成一定程度的损伤，不利于进行长期的测量。另一方面，在传统电极中，由导连线引入的电子干扰会产生不期望的噪声问题，当生理采集信号很小时，这种问题显得尤为严重。针对上述问题，主动电极的设计概念在1968年就已经提出，虽然这种设计较为有用，但是由于当时的晶体管等电子器件体积大而且成本高，不适于电极内集成，主动电极并没有得到广泛的应用。近年来，随着电子和集成电路技术的发展、电池及封装技术的进步，主动电极已能以较为合理的成本得到应用。然而，相比于以往，现在需采用新的设计技术来满足现代医疗器械的性能指标，因此对于主动电极在生理信号采集应用方面的研究逐渐转化为电路工程问题。基于此，现在关于主动电极的设计主要分为三个类型：一是单位增益放大缓冲器，这种设计能提供高输入阻抗、低输出阻抗，实现阻抗转换的功能，使电极对电生理信号的采集能力更强，受到后极导连线的干扰更弱；二是小增益放大器，这种设计相比于第一类提供一定的信号放大功能，能进一步增强对导连线噪声的抗干扰能力；三是较大增益放大器，这种设计抗噪声干扰能力最强，但是由于人体电生理信号存在较大的直流失调电压，此种设计较难实现，而且较大的增益容易产生失配，会减小电路的共模抑制比。对于集成单位增益放大缓冲器的主动电极而言，由于没有信号放大功能，电路会引入额外的噪声和功耗。而小增益放大器由于放大倍数较小，放大器本身的噪声同样会影响信号采集精度。集成大增益放大器的主动电极通常采用电容反馈的形式实现，这种结构能较好的消除直流失调电压，但是输入阻抗较低，接受生理信号能力较弱，另外在实现极低的高通截止频率时由于采用大的电阻或电容实现大的时间常数，通常会存在信号响应过慢的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种可有效解决上述技术问题的运算放大电路、主动电极及电生理信号采集系。一种运算放大电路，其包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三N型共源共栅管、第四NMOS管、第五P型共源共栅管、第六P型共源共栅管、第七P型共源共栅管、第八P型共源共栅管、第九N型共源共栅管、第十P型共源共栅管、第一电阻及第一电容；所述第一NMOS管和所述第二NMOS管均为大栅极面积的MOS管，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管组成差分输入对管，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的栅极分别为所述运算放大电路的反相输入端和同相输入端；所述第九N型共源共栅管、所述第四NMOS管、所述第三N型共源共栅管及所述第十P型共源共栅管的栅极分别接第一电压、第二电压、第三电压及第四电压；所述第三N型共源共栅管和所述第九N型共源共栅管的源极均接地；所述第五P型共源共栅管、所述第六P型共源共栅管和所述第十P型共源共栅管的源极均接电源电压；所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的源极相接且接所述第四NMOS管的漏极；所述第四NMOS管的源极接所述第三N型共源共栅管的漏极；所述第五P型共源共栅管和所述第六P型共源共栅管的栅极相接，且接所述第一NMOS管的漏极；所述第五P型共源共栅管和所述第六P型共源共栅管的漏极分别接所述第七P型共源共栅管和所述第八P型共源共栅管的源极；所述第七P型共源共栅管和所述第八P型共源共栅管的漏极分别接所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的漏极；所述第九N型共源共栅管和所述第十P型共源共栅管的漏极相接成为所述运算放大电路的输出端；所述第一电阻和所述第一电容串联于所述第二NMOS管的漏极和所述输出端之间，且所述第一电阻和所述第一电容串联于所述第十P型共源共栅管的栅极和所述输出端之间。本专利技术一较佳实施方式中，所述运算放大电路的版图设计中，所述差分输入对管置于隔离的P衬底中且其源极和衬底相接。一种主动电极电路，其包括反馈运算放大器、第十一NMOS管、第十二NMOS管、第十三N型共源共栅管、第一比较器、第二比较器、第一二极管、第二二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第二电容、第三电容及所述运算放大电路，所述运算放大电路的同相输入端接输入电源，反相输入端通过所述第二电阻接参考电源，输出端为所述主动电极电路的输出端；所述反馈运算放大器的输出端通过所述第三电阻连接于所述运算放大电路的反相输入端、且通过所述第二电容接反相输入端，同相输入端通过所述第五电阻接所述运算放大电路的输出端；所述第十一NMOS管和所述第十二NMOS管的漏极相接，且连接于相接的栅极；所述第十一NMOS管的源极接所述反馈运算放大器的反相输入端，且通过所述第九电阻连接于所述第十三N型共源共栅管的源极；所述第十二NMOS管的源极通过所述第四电阻接所述反馈运算放大器的同相输入端，且和所述第十三N型共源共栅管的的漏接相接于所述参考电源；所述第十三N型共源共栅管的栅极通过所述第三电容接地，通过所述第一二极管和所述第二二极管分别接所述第一比较器和所述第二比较器的输出端；所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的同相输入端相接于所述运算放大电路的输出端，所述第一比较器的同相输入端通过所述第八电阻接地，且通过所述第七电阻连接于所述第二比较器的反相输入端；所述第二比较器的反相输入端通过所述第六电阻接电源。本专利技术一较佳实施方式中，所述第九电阻为改善稳定性的密勒补偿电阻。本专利技术一较佳实施方式中，所述第三电容为改善稳定性的密勒补偿电容。一种电生理信号采集系统，用于测量生理信号，其包括模拟前端电路、电极及所述主动电极电路，所述模拟前端电路和所述主动电极电路的输出端电性连接，所述电极和所述主动电极电路集成于一体，构成主动电极，且所述电极和所述主动电极电路的同相输入端相连接。本专利技术一较佳实施方式中，所述模拟前端电路通过导连线和所述主动电极电路的输出端电性连接。本专利技术一较佳实施方式中，所述电极贴附于生理信号采集对象。相较于现有技术，利用所述运算放大电路及所述主动电极电路，所述电生理信号采集系统可在电极上实现较大增益的信号放大，抗300mV极化电压，其可有效地增强生理信号的抗干扰能力、减小噪声、增强信...

【技术保护点】
一种运算放大电路，其特征在于，所述运算放大电路包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三N型共源共栅管、第四NMOS管、第五P型共源共栅管、第六P型共源共栅管、第七P型共源共栅管、第八P型共源共栅管、第九N型共源共栅管、第十P型共源共栅管、第一电阻及第一电容；所述第一NMOS管和所述第二NMOS管均为大栅极面积的MOS管，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管组成差分输入对管，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的栅极分别为所述运算放大电路的反相输入端和同相输入端；所述第九N型共源共栅管、所述第四NMOS管、所述第三N型共源共栅管及所述第十P型共源共栅管的栅极分别接第一电压、第二电压、第三电压及第四电压；所述第三N型共源共栅管和所述第九N型共源共栅管的源极均接地；所述第五P型共源共栅管、所述第六P型共源共栅管和所述第十P型共源共栅管的源极均接电源电压；所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的源极相接且接所述第四NMOS管的漏极；所述第四NMOS管的源极接所述第三N型共源共栅管的漏极；所述第五P型共源共栅管和所述第六P型共源共栅管的栅极相接，且接所述第一NMOS管的漏极；所述第五P型共源共栅管和所述第六P型共源共栅管的漏极分别接所述第七P型共源共栅管和所述第八P型共源共栅管的源极；所述第七P型共源共栅管和所述第八P型共源共栅管的漏极分别接所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的漏极；所述第九N型共源共栅管和所述第十P型共源共栅管的漏极相接成为所述运算放大电路的输出端；所述第一电阻和所述第一电容串联于所述第二NMOS管的漏极和所述输出端之间，且所述第一电阻和所述第一电容串联于所述第十P型共源共栅管的栅极和所述输出端之间。...

【技术特征摘要】
1.一种运算放大电路，其特征在于，所述运算放大电路包括第一
NMOS管、第二NMOS管、第三N型共源共栅管、第四NMOS管、第
五P型共源共栅管、第六P型共源共栅管、第七P型共源共栅管、第八
P型共源共栅管、第九N型共源共栅管、第十P型共源共栅管、第一电
阻及第一电容；所述第一NMOS管和所述第二NMOS管均为大栅极面
积的MOS管，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管组成差分输入对
管，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的栅极分别为所述运算放
大电路的反相输入端和同相输入端；所述第九N型共源共栅管、所述第
四NMOS管、所述第三N型共源共栅管及所述第十P型共源共栅管的
栅极分别接第一电压、第二电压、第三电压及第四电压；所述第三N型
共源共栅管和所述第九N型共源共栅管的源极均接地；所述第五P型共
源共栅管、所述第六P型共源共栅管和所述第十P型共源共栅管的源极
均接电源电压；所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的源极相接且
接所述第四NMOS管的漏极；所述第四NMOS管的源极接所述第三N
型共源共栅管的漏极；所述第五P型共源共栅管和所述第六P型共源共
栅管的栅极相接，且接所述第一NMOS管的漏极；所述第五P型共源共
栅管和所述第六P型共源共栅管的漏极分别接所述第七P型共源共栅管
和所述第八P型共源共栅管的源极；所述第七P型共源共栅管和所述第
八P型共源共栅管的漏极分别接所述第一NMOS管和所述第二NMOS
管的漏极；所述第九N型共源共栅管和所述第十P型共源共栅管的漏极
相接成为所述运算放大电路的输出端；所述第一电阻和所述第一电容串
联于所述第二NMOS管的漏极和所述输出端之间，且所述第一电阻和所
述第一电容串联于所述第十P型共源共栅管的栅极和所述输出端之间。
2.如权利要求1所述的运算放大电路，其特征在于，所述运算放大
电路的版图设计中，所述差分输入对管置于隔离的P衬底中且其源极和

\t衬底相接。
3.一种主动电极电路，其特征在于，所述主动电极电路包括反馈运
算放大器、第十一NMOS管、第十二NMOS管、第十三N型共源共栅
管、第一比较器、第二比较器、第一二极管、第二二极管、第二电阻、
第...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄实，张金勇，盛亮亮，蔡锦和，王磊，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44