可变增益混频放大器、生物信号采集与处理芯片及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种可变增益混频放大器、生物信号采集与处理芯片及系统。该芯片包括可变增益混频放大器11、本振信号产生电路12、能量获取单元13、第一电容C1和第一电阻R1；可变增益混频放大器11的生物信号输入端Vin接收生物信号，其电源输入端VDD电连接能量获取单元13，其本振信号输入端LO电连接本振信号产生电路12，其接地端GND用于获取外部供地信号，其输出端Vout电连接第一电容C1的第一端且第一电容C1的第二端用于输出经调制后的音频信号；本振信号产生电路12用于接收交流电信号并经处理后为可变增益混频放大器11提供本振信号；能量获取单元13用于接收交流电信号并经处理后为可变增益混频放大器11提供直流电源。

【技术实现步骤摘要】
可变增益混频放大器、生物信号采集与处理芯片及系统
本专利技术属于集成电路设计
，具体涉及一种可变增益混频放大器、生物信号采集与处理芯片及系统。
技术介绍
随着人们对健康和医疗的需求不断提升，以无线体域网(WirelessBodyAreaNetwork,简称WBAN)为基础的可穿戴式、可植入式的医疗设备受到了广泛的关注。这些医疗设备使用便捷，可以实现对人体信号的实时监测，并发送到智能终端进行数据处理，对于疾病的预防监测有着重要意义。常见的生物信号包括心电信号(ECG)，脑电信号(EEG)和肌电信号(EMG)等，这些信号十分微弱，典型值在微伏、毫伏量级，并且频率较低，对采集系统低噪声性能有着严格的要求。斩波调制技术是生物信号放大器中常用的降噪技术，实现生物信号与低频噪声的频谱分离，从而滤除噪声。通过音频线传输放大信号，利用智能终端完成ADC(模数转换器)和数字信号处理可以简化前级电路结构。但是目前利用斩波调制技术的音频调制系统需要采用传统的低噪声前置放大器等芯片，该芯片中存在冗余电路引起电路结构面积大、功耗高的问题，且因为采用了传统固有的芯片结构，不能对芯片内部电路进行改动，因此对于电路功能扩展存在很大影响。因此，如何研制出电路结构简单，节省面积、功耗小的音频调制系统和芯片结构成为目前研究的热点问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种可变增益混频放大器、生物信号采集与处理芯片及系统。本专利技术的一个实施例提供了一种生物信号采集与处理芯片10，包括可变增益混频放大器11、本振信号产生电路12、能量获取单元13、第一电容C1和第一电阻R1；其中，所述可变增益混频放大器11的生物信号输入端Vin接收生物信号，其电源输入端VDD电连接能量获取单元13，其本振信号输入端LO电连接本振信号产生电路12，其接地端GND用于获取外部共地信号，其输出端Vout电连接所述第一电容C1的第一端且所述第一电容C1的第二端用于输出经调制后的音频信号；所述本振信号产生电路12用于接收交流电信号并经处理后为所述可变增益混频放大器11提供本振信号；所述能量获取单元13用于接收交流电信号并经处理后为所述可变增益混频放大器11提供直流电源；所述电阻R1串接于所述可变增益混频放大器11的接地端GND与所述第一电容C1的第二端之间。在本专利技术的一个实施例中，所述可变增益混频放大器11包括低噪声前置混频放大器111、可编程增益放大器112、带通滤波器113及输出缓冲器114；其中，所述低噪声前置混频放大器111、所述可编程增益放大器112、所述带通滤波器113及所述输出缓冲器114依次串接于所述生物信号输入端Vin与所述第一电容C1之间，且所述低噪声前置混频放大器111电连接所述本振信号输入端LO。在本专利技术的一个实施例中，所述低噪声前置混频放大器111包括AM调制模块1111和前置放大器模块1112；其中，所述AM调制模块1111和所述前置放大器模块1112依次串接于所述生物信号输入端Vin与所述可编程增益放大器112之间，且所述AM调制模块1111电连接所述本振信号输入端LO。在本专利技术的一个实施例中，所述本振信号产生电路12包括偏置电路121和信号整形电路122，所述偏置电路121和所述信号整形电路122依次串接至所述可变增益混频放大器11的本振信号输入端LO，且所述偏置电路121的输入端接收所述交流电信号。在本专利技术的一个实施例中，所述信号整形电路122包括：第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第一反相器INV1、第二反相器INV2、第三反相器INV3、第四反相器INV4、第二电阻R2、第三电阻R3；其中，所述第二电阻R2、所述第五晶体管M5和所述第七晶体管M7依次串接于直流电源和接地端之间，所述第五晶体管M5的控制端输入耦合信号VSIN，所述第七晶体管M7的控制端输入偏置电压VBIAS；所述第三电阻R3和第六晶体管M6依次串接于所述直流电源与所述第五晶体管M5和所述第七晶体管M7串接形成节点G之间，所述第六晶体管M6的控制端输入参考电压VREF；所述第一反相器INV1与所述第二反相器INV2依次串接至所述第二电阻R2和第五晶体管M5串接形成的节点E处，且所述第一反相器INV1的输出端电连接所述可变增益混频放大器11的本振信号输入端LO以输出第一本振信号；所述第四反相器INV4与所述第三反相器INV3依次串接至所述第三电阻R3和第六晶体管M6串接形成的节点F处，且所述第四反相器INV4电连接所述可变增益混频放大器11的本振信号输入端LO以输出第二本振信号。在本专利技术的一个实施例中，所述能量获取单元13包括整流器131、过压保护电路132及LDO133；其中，所述整流器131、所述过压保护电路132及所述LDO133依次串接至所述可变增益混频放大器11的电源输入端VDD以提供直流电源，且所述整流器131接收所述交流电信号。本专利技术的另一个实施例提供了一种可变增益混频放大器11，包括依次串接的低噪声前置混频放大器111、可编程增益放大器112、带通滤波器113、输出缓冲器114，且所述低噪声前置混频放大器111的第一输入端接收生物信号且其第二输入端接收本振信号。在本专利技术的一个实施例中，所述低噪声前置混频放大器111包括依次串接的AM调制模块1111和前置放大器模块1112；所述AM调制模块1111的信号输入端接收所述生物信号且其本振输入端接收所述本振信号，所述前置放大器模块1112的输出端电连接所述可编程增益放大器112。在本专利技术的一个实施例中，所述AM调制模块1111包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3及第四晶体管M4；所述AM调制模块1111的信号输入端包括第一信号输入端IN+和第二信号输入端IN-，所述AM调制模块1111的本振输入端包括第一本振输入端LO+和第二本振输入端LO-，所述AM调制模块1111的输出端包括同相输出端OUT+和反相输出端OUT-；其中，所述第一晶体管M1串接于所述第一信号输入端IN+与所述同相输出端OUT+之间，且其控制端电连接至所述第一本振输入端LO+；所述第二晶体管M2串接于所述第一信号输入端IN+与所述反相输出端OUT-之间，且其控制端电连接至所述第二本振输入端LO-；所述第三晶体管M3串接于所述第二信号输入端IN-与所述同相输出端OUT+之间，且其控制端电连接至所述第二本振输入端LO-；所述第四晶体管M4串接于所述第二信号输入端IN-与所述反相输出端OUT-之间，且其控制端电连接至所述第一本振输入端LO+。本专利技术的又一个实施例提供了一种生物信号采集与处理系统1，包括生物信号采集与处理芯片10、耳机接口20、生物电极30及终端40，所述生物信号采集与处理芯片10电连接所述生物电极30且通过所述耳机接口20向所述终端40发送采集并调制后的生物信号；其中，所述生物信号采集与处理芯片10为上述任一实施例提供的所述的生物信号采集与处理芯片10。通过上述实施方式，本专利技术的生物信号采集与处理芯片将整个信号采集与处理集成在一个IC芯片当中，能够完成生物信号的调制、放大和传输。另外，该芯片将音频AM调制与斩波技术结合，省去了调制-解调-再调制过程中后两次冗余的调制，只本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物信号采集与处理芯片(10)，其特征在于，包括可变增益混频放大器(11)、本振信号产生电路(12)、能量获取单元(13)、第一电容(C1)和第一电阻(R1)；其中，所述可变增益混频放大器(11)的生物信号输入端(Vin)接收生物信号，其电源输入端(VDD)电连接能量获取单元(13)，其本振信号输入端(LO)电连接本振信号产生电路(12)，其接地端(GND)用于获取外部共地信号，其输出端(Vout)电连接所述第一电容(C1)的第一端且所述第一电容(C1)的第二端用于输出经调制后的音频信号；所述本振信号产生电路(12)用于接收交流电信号并经处理后为所述可变增益混频放大器(11)提供本振信号；所述能量获取单元(13)用于接收交流电信号并经处理后为所述可变增益混频放大器(11)提供直流电源；所述电阻R1串接于所述可变增益混频放大器(11)的接地端(GND)与所述第一电容(C1)的第二端之间。

【技术特征摘要】
1.一种生物信号采集与处理芯片(10)，其特征在于，包括可变增益混频放大器(11)、本振信号产生电路(12)、能量获取单元(13)、第一电容(C1)和第一电阻(R1)；其中，所述可变增益混频放大器(11)的生物信号输入端(Vin)接收生物信号，其电源输入端(VDD)电连接能量获取单元(13)，其本振信号输入端(LO)电连接本振信号产生电路(12)，其接地端(GND)用于获取外部共地信号，其输出端(Vout)电连接所述第一电容(C1)的第一端且所述第一电容(C1)的第二端用于输出经调制后的音频信号；所述本振信号产生电路(12)用于接收交流电信号并经处理后为所述可变增益混频放大器(11)提供本振信号；所述能量获取单元(13)用于接收交流电信号并经处理后为所述可变增益混频放大器(11)提供直流电源；所述电阻R1串接于所述可变增益混频放大器(11)的接地端(GND)与所述第一电容(C1)的第二端之间。2.根据权利要求1所述的芯片(10)，其特征在于，所述可变增益混频放大器(11)包括低噪声前置混频放大器(111)、可编程增益放大器(112)、带通滤波器(113)及输出缓冲器(114)；其中，所述低噪声前置混频放大器(111)、所述可编程增益放大器(112)、所述带通滤波器(113)及所述输出缓冲器(114)依次串接于所述生物信号输入端(Vin)与所述第一电容(C1)之间，且所述低噪声前置混频放大器(111)电连接所述本振信号输入端(LO)。3.根据权利要求2所述的芯片(10)，其特征在于，所述低噪声前置混频放大器(111)包括AM调制模块(1111)和前置放大器模块(1112)；其中，所述AM调制模块(1111)和所述前置放大器模块(1112)依次串接于所述生物信号输入端(Vin)与所述可编程增益放大器(112)之间，且所述AM调制模块(1111)电连接所述本振信号输入端(LO)。4.根据权利要求1所述的芯片(10)，其特征在于，所述本振信号产生电路(12)包括偏置电路(121)和信号整形电路(122)，所述偏置电路(121)和所述信号整形电路(122)依次串接至所述可变增益混频放大器(11)的本振信号输入端(LO)，且所述偏置电路(121)的输入端接收所述交流电信号。5.根据权利要求4所述的芯片(10)，其特征在于，所述信号整形电路(122)包括：第五晶体管(M5)、第六晶体管(M6)、第七晶体管(M7)、第一反相器(INV1)、第二反相器(INV2)、第三反相器(INV3)、第四反相器(INV4)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)；其中，所述第二电阻(R2)、所述第五晶体管(M5)和所述第七晶体管(M7)依次串接于直流电源和接地端之间，所述第五晶体管(M5)的控制端输入耦合信号(VSIN)，所述第七晶体管(M7)的控制端输入偏置电压(VBIAS)；所述第三电阻(R3)和第六晶体管(M6)依次串接于所述直流电源与所述第五晶体管(M5)和所述第七晶体管(M7)串接形成节点(G)之间，所述第六晶体管(M6)的控制端输入参考电压(VREF)；所述第一反相器(INV1)与所述第二反相器(INV2)依次串接至所述第二电阻(R2)和第五晶体管(M5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘帘曦，张怡，宋宇，沐俊超，朱樟明，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61