一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路制造技术

本发明专利技术公开一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路，包括电容C1、C’1、C2、C’2、C

An analog front end circuit for human pulse signal

【技术实现步骤摘要】
一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路
本专利技术涉及集成电路设计
，具体涉及一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路。
技术介绍
随着社会经济和科学技术的快速发展，人们对于自身的身体健康状况也更加重视，生物医疗领域得到了快速发展。此外，微电子技术与生物医学不断结合并创新进步，使之更加便捷化、智能化、高效化。例如，部分智能手机和智能手环等便携设备带有心率监测和血氧测量等功能。不断将医疗保健元素不断的向便捷式电子产品引入，使得对于脉搏、血氧、体温和血压等表征人体健康水平的信息的获取更加简易。但由于人体脉搏信号存在幅度小、频率低、且易受干扰等特性，故信号的预处理不可或缺。高性能的信号处理电路应具备放大弱幅信号、滤除主信号频率外的无关信号的作用，且能为后续的模数转换提供输入保障。与此同时，信号处理电路设计时应考虑不能引进过多的噪声与失调，且应具有较高的共模抑制比(CMRR)和电源抑制比(PSRR)。由于人体脉搏信号频率集中在0.5Hz-5Hz，最高不超过40Hz，所以对于人体脉搏信号的模拟前端电路，需要设计极低的低频截止点来去除信号以外的噪声频率。为了达到极低的低频截止点设计要求，当前有以下几种方案实现：1、采用分立器件电阻和电容来达到极低频截止点的设计要求，但是这种方案会增加集成电路的功耗而且不利于集成。2、使用集成电阻和集成电容来达到极低频截止点的设计要求，这种方案虽然能够提高电路的集成性，但是现有的集成电阻最大不超过兆欧姆(MΩ)，集成电容也不超过50pF，此外由于工艺的原因，电阻易受影响，电阻阻值准确度也大大受影响。因此这种方案也远远达不到极低频截止点的设计要求。3、专门设计一个滤波器电路，这种方案虽然能达到极低频截止点设计要求，但是却额外增加了功耗，不符合低功耗的要求。4、采用MOS管伪电阻结构来达到极低频截止点设计要求，但是当前的伪电阻结构存在着线性度差，伪电阻阻值变化波动大。
技术实现思路
本专利技术针对人体脉搏信号幅度小和频率低的问题，提供一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路，该模拟前端电路包括电容C1、C’1、C2、C’2、CL和C’L，伪电阻Rpseudo和R’pseudo，以及跨导放大器OTA；电容C1的一端形成模拟前端电路的正向输入端，并与输入电压信号Vin+相连，电容C1的另一端与OTA的正向输入端相连；电容C’1的一端形成模拟前端电路的反向输入端，并与输入电压信号Vin-相连，电容C’1的另一端与跨导放大器的反向输入端相连；电容C2的一端与跨导放大器的正向输入端相连，另一端与跨导放大器的反向输出端相连；电容C’2的一端与跨导放大器的反向输入端相连，另一端与跨导放大器的正向输出端相连；伪电阻Rpseudo的A端与跨导放大器的正向输入端相连，B端与跨导放大器的反向输出端相连；伪电阻R’pseudo的A端与跨导放大器的反向输入端相连，B端与跨导放大器的正向输出端相连；电容CL的一端与跨导放大器的反向输出端相连，并形成模拟前端电路的反向输出端，电容CL的另一端与地端相连；电容C’L的一端与跨导放大器的反向输出端相连，并形成模拟前端电路的正向输出端，电容C’L的另一端与地端相连。上述方案中，电容C1和C’1的型号相同，电容C2和C’2的型号相同，电容CL和C’L的型号相同。上述方案中，伪电阻Rpseudo和R’pseudo的结构相同。上述方案中，伪电阻包括PMOS管M15、M16、M19和M20，以及NMOS管M17、M18和Mc；PMOS管M15的栅极、PMOS管M16的栅极、NMOS管M17的源极和衬底、NMOS管M18的源极和衬底、PMOS管M19的栅极、PMOS管M20的栅极、以及NMOS管Mc的漏极相连接；PMOS管M15的漏极和衬底、NMOS管M18的栅极、以及PMOS管M19的源极相连接；PMOS管M16的漏极和衬底、NMOS管M17的栅极、以及PMOS管M20的源极相连接；PMOS管M15的源极与PMOS管M16的源极相连接；NMOS管M17的漏极和NMOS管M18的漏极相连，并与电压VDD相连；NMOS管Mc衬底和漏极连接，并与电压VSS相连；NMOS管Mc的栅极与电压Vcontrol连接；PMOS管M19的衬底和漏极连接，并形成伪电阻的A端；PMOS管M20的衬底和漏极连接，并形成伪电阻的B端。上述方案中，PMOS管M15、M16、M19和M20的型号相同，NMOS管M17和M18的型号相同。上述方案中，跨导放大器包括PMOS管M1、M2、M7-M14，NMOS管M3-M6，电阻Rs1-Rs4，以及电流源Ibias；PMOS管M1的栅极形成跨导放大器的正向输入端；PMOS管M2的栅极形成跨导放大器的反向输入端；PMOS管M9的栅极和漏极、PMOS管M10的栅极、以及直流电源Ibias的一端相连接，直流电源Ibias的另一端接地；PMOS管M2的衬底和源极、PMOS管M1的源极和衬底、以及PMOS管M10的漏极相连接；PMOS管M7的栅极、PMOS管M8的栅极、PMOS管M12衬底和源极、以及PMOS管M13的衬底和源极相连接；PMOS管M11的漏极和栅极与PMOS管M12的漏极和栅极相连接；PMOS管M13的漏极和栅极与PMOS管M14的漏极和栅极相连接；PMOS管M1的漏极、NMOS管M4的漏极和栅极、以及NMOS管M3的栅极相连接；PMOS管M2的漏极、NMOS管M5的漏极和栅极、以及NMOS管M6的栅极相连接；PMOS管M9的衬底和源极、PMOS管M10的衬底和源极、PMOS管M7的衬底和源极、以及PMOS管M8的衬底和源极，与电压VDD相连接；PMOS管M3的衬底和源极与电阻Rs1的一端相连接；NMOS管M4的衬底和源极与电阻Rs2的一端相连接；NMOS管M5的衬底和源极与电阻Rs3的一端相连接；PMOS管M6的衬底和源极与电阻Rs4的一端相连接；电阻Rs1-Rs4的另一端同时接地；NMOS管M3的漏极、NMOS管M7的漏极、以及PMOS管M11的衬底和源极相连接，并形成跨导放大器的正向输出端Vout+；NMOS管M6的漏极、PMOS管M8的漏极、以及PMOS管M13的衬底和源极相连接，并形成跨导放大器的反向输出端Vout-。上述方案中，PMOS管M1和M2的型号相同，NMOS管M3、M4、M5和M6的型号相同，PMOS管M7和M8的型号相同，PMOS管M9和M10的型号相同，PMOS管M11、M12、M13和M14的型号相同，电阻Rs1-Rs4的型号相同。与现有技术相比，本专利技术的模拟前端电路能够实现极低的低频截止点，并且减少了芯片整体面积，降低了芯片流片的成本，有利于提高集成度，符合生物医疗便携设备的体积小、功耗低的要求。此外，本专利技术的伪电阻结构，其阻值最大能达到GΩ，与现有的伪电阻结构相比，改善了伪电阻的线性度，提高了集成度，总的谐波失真(THD)小于1％。附图说明图1为一种适用于人体脉搏信号的模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路，其特征是，该模拟前端电路包括电容C1、C’1、C2、C’2、C

【技术特征摘要】
1.一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路，其特征是，该模拟前端电路包括电容C1、C’1、C2、C’2、CL和C’L，伪电阻Rpseudo和R’pseudo，以及跨导放大器；
电容C1的一端形成模拟前端电路的正向输入端，并与输入电压信号Vin+相连，电容C1的另一端与OTA的正向输入端相连；电容C’1的一端形成模拟前端电路的反向输入端，并与输入电压信号Vin-相连，电容C’1的另一端与跨导放大器的反向输入端相连；
电容C2的一端与跨导放大器的正向输入端相连，另一端与跨导放大器的反向输出端相连；电容C’2的一端与跨导放大器的反向输入端相连，另一端与跨导放大器的正向输出端相连；
伪电阻Rpseudo的A端与跨导放大器的正向输入端相连，B端与跨导放大器的反向输出端相连；伪电阻R’pseudo的A端与跨导放大器的反向输入端相连，B端与跨导放大器的正向输出端相连；
电容CL的一端与跨导放大器的反向输出端相连，并形成模拟前端电路的反向输出端，电容CL的另一端与地端相连；电容C’L的一端与跨导放大器的反向输出端相连，并形成模拟前端电路的正向输出端，电容C’L的另一端与地端相连。


2.根据权利要求1所述的一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路，其特征是，电容C1和C’1的型号相同，电容C2和C’2的型号相同，电容CL和C’L的型号相同。


3.根据权利要求1所述的一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路，其特征是，伪电阻Rpseudo和R’pseudo的结构相同。


4.根据权利要求3所述的一种适用于人体脉搏信号的模拟前端电路，其特征是，伪电阻包括PMOS管M15、M16、M19和M20，以及NMOS管M17、M18和Mc；
PMOS管M15的栅极、PMOS管M16的栅极、NMOS管M17的源极和衬底、NMOS管M18的源极和衬底、PMOS管M19的栅极、PMOS管M20的栅极、以及NMOS管Mc的漏极相连接；
PMOS管M15的漏极和衬底、NMOS管M18的栅极、以及PMOS管M19的源极相连接；PMOS管M16的漏极和衬底、NMOS管M17的栅极、以及PMOS管M20的源极相连接；
PMOS管M15的源极与PMOS管M16的源极相连接；NMOS管M17的漏极和NMOS管M18的漏极相连，并与电压VDD相连；NMOS管Mc衬底和漏极连接，并与电压VSS相连；NMOS管Mc的栅极与电压Vcontrol连接；
PMOS管M19的衬底和漏极连接，并形成伪电阻的A...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳宏卫，肖鑫，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45