【技术实现步骤摘要】
一种基于增益自适应调整的前端电路及动态范围提升方法
本专利技术属于低功耗集成电路
，具体涉及一种基于增益自适应调整的前端电路及动态范围提升方法，涉及用于生物医疗的可穿戴及植入式系统和用于健康保健的消费类生理信号检测产品领域。
技术介绍
低功耗集成电路设计技术的进步是当下医疗电子蓬勃发展的技术保证，各类可穿戴或植入式医疗电子产品以及消费类电子保健产品的种类日益增多。随着可穿戴及植入式医疗电子系统的不断发展和功能的复杂化，对于模拟前端系统也提出了高动态范围，小面积，低电压，低功耗的要求。在应用于植入式以及可穿戴式医学生物信号检测系统的模拟前端中，随着对检测信号精度要求的提高，需要系统的动态范围不断提升。仅通过提高前端电路中模数转换器(ADC)位数来提升系统动态范围的方法受系统功耗、面积以及集成电路制造工艺的限制，不利于穿戴化及植入式的需求。通过改进ADC采样及转换模式以提升前端精度，降低功耗及面积的需求，正成为模拟前端系统中模数转换单元的主流的发展方向。传统前端电路的ADC通常采用电容电荷再分布式的逐次逼近...
【技术保护点】
1.一种基于增益自适应调整的前端电路，其特征在于，包括低噪声放大器，低噪声放大器将输入前端电路的生物电信号转换为差分信号并放大幅值；放大后的生物信号进入可编程增益放大器中，信号经过初始增益为0dB的可编程增益放大器后被输出至ADC；ADC对输出进行量化并转换为数字值输出至增益自调整逻辑电路；增益自调整逻辑控制改变可编程增益放大器的增益，并控制ADC再次对可编程增益放大器的输出进行量化，随后将第二次量化结果及调整后的可编程增益放大器的增益以数字码值的形式输出到后级电路中。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于增益自适应调整的前端电路，其特征在于，包括低噪声放大器，低噪声放大器将输入前端电路的生物电信号转换为差分信号并放大幅值；放大后的生物信号进入可编程增益放大器中，信号经过初始增益为0dB的可编程增益放大器后被输出至ADC；ADC对输出进行量化并转换为数字值输出至增益自调整逻辑电路；增益自调整逻辑控制改变可编程增益放大器的增益，并控制ADC再次对可编程增益放大器的输出进行量化，随后将第二次量化结果及调整后的可编程增益放大器的增益以数字码值的形式输出到后级电路中。
2.根据权利要求1所述的基于增益自适应调整的前端电路，其特征在于，增益自调整逻辑电路包括时钟产生逻辑，时钟控制逻辑和增益选择组合逻辑，
时钟产生逻辑包括环形振荡器与分频器，当模拟前端收到一个工作信号START时，时钟控制逻辑产生不断振荡的内部时钟CLK信号；
时钟控制逻辑包括触发器与逻辑门，选择CLK信号的前两个周期作为ADC的两次转换信号ADC_CK，并在第一次转换后选通增益选择组合逻辑；
增益选择组合逻辑通过输出信号G调整可编程增益放大器的增益。
3.根据权利要求2所述的基于增益自适应调整的前端电路，其特征在于，当使能端EN为0时，G为使可编程增益放大器的增益为1所对应的码值；
当CLK第一个周期结束后EN为1，G根据ADC第一次转换输出的码值D1调整；
当START信号为0时，时钟产生逻辑停止振荡，所有触发器Q端被复位至0，EN端复位至0并关闭使能。
4.根据权利要求1所述的基于增益自适应调整的前端电路，其特征在于，低噪声放大器包括跨导放大器OTA，输入电容Cs，反馈电容Cf以及偏置伪电阻Rp；低噪声放大器的闭环增益由输入电容Cs与反馈电容Cf的比值决定，通过伪电阻Rp实现自偏置以建立直流工作点；伪电阻Rp由两个二极管接法的MOS管反向连接组成；
通过增大跨导放大器OTA的输入MOS管M1与M2的尺寸降低OTA自身所引入的噪声，通过增大闭环增益降低后级电路等效输入噪声的影响，共同实现低噪声要求。
5.根据权利要求4所述的基于增益自适应调整的前端电路，其特征在于，跨导放大器OTA为两级差分结构，MOS管级的M0为电流偏置管，M1-M4为第一级放大，M5-M8为输出级，两级之间有补偿电容与电阻；Vo1、Vo2为差分输出...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿莉，刘立恒，董力，高盛蔚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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