一种集成的微弱电信号滤波放大电路制造技术

本发明专利技术公开了一种集成的微弱电信号滤波放大电路，包括：耦合电容电路、第一斩波切换开关电路、运算放大器电路、第二斩波切换开关电路、滤波电路、第一直流反馈电路、第二直流反馈电路、第一反馈电容阵列电路、第二反馈电容阵列电路；本发明专利技术电路能够有效消除电极的直流失调而不引起目标信号的失真，并能够一定程度地抑制运动伪差，本发明专利技术电路同时具有可配置的高通截止频率、可调节的放大倍数和较低的电路噪声，进而提升整个信号采集系统集成度和精度。

【技术实现步骤摘要】
一种集成的微弱电信号滤波放大电路
本专利技术涉及传感技术和集成电路
，尤其涉及一种集成的微弱电信号滤波放大电路。
技术介绍
近年来，传感技术的快速发展为人类对自身生理信号的关注创造了有利条件。心电、脑电、肌电和血压等生理信号的精确采集，使得医学的研究和诊断拥有了有效的信息支撑，促进了现代医学的发展。另外脑电信号的获取和分析，还可以实现一系列的脑控系统和产品，广泛应用于军事、宇航、工业及娱乐等领域。心电、脑电和肌电等生理信号本质上都属于微弱的生物电信号，这些信号的幅度一般在几十uV至几mV之间，覆盖千分之几Hz至几千Hz的频率范围。通常，生物电信号通过两个电极探头连接到人体的两个不同接触点进行侦测，获取两电极之间的电压信号差值进行处理分析。然而，由于电极具有电化学效应，使得电极自身会引入高达几百mV的直流电压失调，这种失调电压足以把采集到的有效信号覆盖。同时由于采集对象处于微动过程，例如呼吸的收缩活动或者机体自身的移动，这些由于人体产生的运动伪差常常使采集电路信号基线有较大的漂移，严重的电极失调电压和运动伪差有可能导致信号采集信道放大电路发生饱和而引起失真。因此，在生物电信号放大处理过程中，需要通过高通滤波把电极引入的失调电压消除掉并尽可能地抑制运动伪差带来的影响，同时具有一定的放大能力来提升信号传感采集的信噪比。在高通滤波处理的情况下，要求保留生物电信号的低频分量，高通滤波往往需要实现非常低的截止频率。不同的生物电信号，所关注的频率成分往往不一样。滤波频率可配置能够满足不同的应用需求。另外，生物电信号的幅度，跟电极的类型和采集环境都有很大的相关度，所以要求放大倍数能够灵活调节。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种集成的微弱电信号滤波放大电路。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种集成的微弱电信号滤波放大电路，包括：耦合电容电路、第一斩波切换开关电路、运算放大器电路、第二斩波切换开关电路、滤波电路、第一直流反馈电路、第二直流反馈电路、第一反馈电容阵列电路、第二反馈电容阵列电路，其中，所述耦合电容电路输入端分别跟探头的正电极VINP和探头的负电极VINN连接；所述耦合电容电路的第一输出端和第二输出端分别与所述第一斩波切换开关电路的第一输入端和第二输入端连接；所述第一斩波切换开关电路的第一输出端和第二输出端分别与所述运算放大器电路的正相输入端和负相输入端连接，所述运算放大器电路的负相输出端和正相输出端分别与所述第二斩波切换开关电路的第一输入端和第二输入端连接；所述第二斩波切换开关电路的第一输出端和第二输出端分别与所述滤波电路的第一输入端和第二输入端连接；所述滤波电路的第一输出端作为所述集成的微弱电信号滤波放大电路的负输出端VOUTN，所述滤波电路的第二输出端作为所述集成的微弱电信号滤波放大电路的正输出端VOUTP；所述第一直流反馈电路与所述第一反馈电容阵列电路并联连接后一并联端连接至所述耦合电容电路的第一输出端与所述第一斩波切换开关电路的第一输入端的连接节点A，另一并联端连接至所述第二斩波切换开关电路的第一输出端与所述滤波电路的第一输入端的连接节点C；所述第二直流反馈电路与所述第二反馈电容阵列电路并联连接后一并联端连接至所述耦合电容电路的第二输出端与所述第一斩波切换开关电路的第二输入端的连接节点B，另一并联端连接至所述第二斩波切换开关电路的第二输出端与所述滤波电路的第二输入端的连接节点D；所述耦合电容电路用于隔离所述探头输入的直流电压；所述第一斩波切换开关电路与所述第二斩波切换开关电路通过周期性地进行两相状态切换将所述集成的微弱电信号滤波放大电路中元器件失配引起的直流失调电压和元器件噪声调制到预设频段之外；所述第一反馈电容阵列电路和第二反馈电容阵列电路为交流信号提供反馈路径；所述第一直流反馈电路和所述第二直流反馈电路为直流信号提供反馈路径；所述滤波电路用于将所述调制到预设频段之外的直流失调电压和元器件噪声滤除掉。优选地，所述第一直流反馈电路包括：第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第一偏压源U1、第二偏压源U2；所述第二直流反馈电路包括：第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第三偏压源U3、第四偏压源U4；所述第一PMOS管M1的源极与所述连接节点A连接，所述第一PMOS管M1的漏极与所述第二PMOS管M2的漏极连接，所述第一PMOS管M1的栅极经所述第一偏压源U1与所述第二PMOS管的源极连接，所述第二PMOS管M2的栅极经所述第二偏压源U2连接到输出共模参考电压VCM，所述第二PMOS管M2的源极与所述连接节点C连接；所述第三PMOS管M3的源极与所述连接节点B连接，所述第三PMOS管M3的漏极与所述第四PMOS管M4的漏极连接，所述第三PMOS管M3的栅极经所述第三偏压源U3与所述第四PMOS管的源极连接，所述第四PMOS管M4的栅极经所述第四偏压源U4连接到输出共模参考电压VCM，所述第四PMOS管M4的源极与所述连接节点D连接；通过调整所述第一偏压源U1、第二偏压源U2、第三偏压源U3、第四偏压源U4输出的偏置电压值，使所述第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3、第四PMOS管M4工作在不同程度的弱反型态以获取不同的大电阻值。优选地，所述第一偏压源U1、第二偏压源U2、第三偏压源U3、第四偏压源U4均为相同的偏压源，所述偏压源的内部电路包括：第五PMOS管M5、NMOS管阵列Mx1-Mxn、NMOS管阵列驱动电路；所述NMOS管阵列Mx1-Mxn由多个NMOS管并联组成，所述第五PMOS管M5的漏极与所述NMOS管阵列Mx1-Mxn的漏极并联节点连接，所述第五PMOS管M5的栅极和漏极短接，所述NMOS管阵列Mx1-Mxn的源极并联节点接地GND；所述NMOS管阵列驱动电路包括多个子驱动电路，所述每一个子驱电路包括：NMOS管Ms1、NMOS管Mr1、NMOS管Mn1、PMOS管Mp1；所述NMOS管Ms1的漏极与电压输入端Vbias连接，所述NMOS管Ms1的源极与所述NMOS管Mr1的漏极连接，所述PMOS管Mp1的源极接VDD，所述PMOS管Mp1漏极与所述NMOS管Mn1的漏极连接，所述NMOS管Mn1的源极接地，所述NMOS管Mr1的栅极连接所述PMOS管Mp1漏极与所述NMOS管Mn1的漏极的连接点，所述NMOS管Ms1、PMOS管Mp1、NMOS管Mn1的栅极与选择信号输入端Sel1连接，所述NMOS管Ms1的源极与所述NMOS管Mr1的漏极连接点为子驱动电路的驱动信号输出端Vb1，所述多个子驱动电路的驱动信号输出端Vb1-Vbn分别与所述NMOS管阵列Mx1-Mxn的栅极对应连接；通过多个所述子驱动电路的选择信号输入端调整流过所述第五PMOS管M5的电流值以产生不同的偏置电压值。优选地，所述第一斩波切换开关电路包括NMOS管Mns1、NMOS管Mns2、NMOS管Mns3、NMOS管Mns4；所述第二斩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成的微弱电信号滤波放大电路，其特征在于，包括：耦合电容电路(10)、第一斩波切换开关电路(20)、运算放大器电路(30)、第二斩波切换开关电路(40)、滤波电路(50)、第一直流反馈电路(60)、第二直流反馈电路(70)、第一反馈电容阵列电路(80)、第二反馈电容阵列电路(90)，其中，/n所述耦合电容电路(10)输入端分别跟探头的正电极VINP和探头的负电极VINN连接；所述耦合电容电路(10)的第一输出端和第二输出端分别与所述第一斩波切换开关电路(20)的第一输入端和第二输入端连接；所述第一斩波切换开关电路(20)的第一输出端和第二输出端分别与所述运算放大器电路(30)的正相输入端和负相输入端连接，所述运算放大器电路(30)的负相输出端和正相输出端分别与所述第二斩波切换开关电路(40)的第一输入端和第二输入端连接；所述第二斩波切换开关电路(40)的第一输出端和第二输出端分别与所述滤波电路(50)的第一输入端和第二输入端连接；所述滤波电路(50)的第一输出端作为所述集成的微弱电信号滤波放大电路的负输出端VOUTN，所述滤波电路(50)的第二输出端作为所述集成的微弱电信号滤波放大电路的正输出端VOUTP；/n所述第一直流反馈电路(60)与所述第一反馈电容阵列电路(80)并联连接后一并联端连接至所述耦合电容电路(10)的第一输出端与所述第一斩波切换开关电路(20)的第一输入端的连接节点A，另一并联端连接至所述第二斩波切换开关电路(40)的第一输出端与所述滤波电路(50)的第一输入端的连接节点C；/n所述第二直流反馈电路(70)与所述第二反馈电容阵列电路(90)并联连接后一并联端连接至所述耦合电容电路(10)的第二输出端与所述第一斩波切换开关电路(20)的第二输入端的连接节点B，另一并联端连接至所述第二斩波切换开关电路(40)的第二输出端与所述滤波电路(50)的第二输入端的连接节点D；/n所述耦合电容电路(10)用于隔离所述探头输入的直流电压；所述第一斩波切换开关电路(20)与所述第二斩波切换开关电路(40)通过周期性地进行两相状态切换将所述集成的微弱电信号滤波放大电路中元器件失配引起的直流失调电压和元器件噪声调制到预设频段之外；所述第一反馈电容阵列电路(80)和第二反馈电容阵列电路(90)为交流信号提供反馈路径；所述第一直流反馈电路(60)和所述第二直流反馈电路为直流信号提供反馈路径；所述滤波电路(50)用于将所述调制到预设频段之外的直流失调电压和元器件噪声滤除掉。/n...

【技术特征摘要】
1.一种集成的微弱电信号滤波放大电路，其特征在于，包括：耦合电容电路(10)、第一斩波切换开关电路(20)、运算放大器电路(30)、第二斩波切换开关电路(40)、滤波电路(50)、第一直流反馈电路(60)、第二直流反馈电路(70)、第一反馈电容阵列电路(80)、第二反馈电容阵列电路(90)，其中，
所述耦合电容电路(10)输入端分别跟探头的正电极VINP和探头的负电极VINN连接；所述耦合电容电路(10)的第一输出端和第二输出端分别与所述第一斩波切换开关电路(20)的第一输入端和第二输入端连接；所述第一斩波切换开关电路(20)的第一输出端和第二输出端分别与所述运算放大器电路(30)的正相输入端和负相输入端连接，所述运算放大器电路(30)的负相输出端和正相输出端分别与所述第二斩波切换开关电路(40)的第一输入端和第二输入端连接；所述第二斩波切换开关电路(40)的第一输出端和第二输出端分别与所述滤波电路(50)的第一输入端和第二输入端连接；所述滤波电路(50)的第一输出端作为所述集成的微弱电信号滤波放大电路的负输出端VOUTN，所述滤波电路(50)的第二输出端作为所述集成的微弱电信号滤波放大电路的正输出端VOUTP；
所述第一直流反馈电路(60)与所述第一反馈电容阵列电路(80)并联连接后一并联端连接至所述耦合电容电路(10)的第一输出端与所述第一斩波切换开关电路(20)的第一输入端的连接节点A，另一并联端连接至所述第二斩波切换开关电路(40)的第一输出端与所述滤波电路(50)的第一输入端的连接节点C；
所述第二直流反馈电路(70)与所述第二反馈电容阵列电路(90)并联连接后一并联端连接至所述耦合电容电路(10)的第二输出端与所述第一斩波切换开关电路(20)的第二输入端的连接节点B，另一并联端连接至所述第二斩波切换开关电路(40)的第二输出端与所述滤波电路(50)的第二输入端的连接节点D；
所述耦合电容电路(10)用于隔离所述探头输入的直流电压；所述第一斩波切换开关电路(20)与所述第二斩波切换开关电路(40)通过周期性地进行两相状态切换将所述集成的微弱电信号滤波放大电路中元器件失配引起的直流失调电压和元器件噪声调制到预设频段之外；所述第一反馈电容阵列电路(80)和第二反馈电容阵列电路(90)为交流信号提供反馈路径；所述第一直流反馈电路(60)和所述第二直流反馈电路为直流信号提供反馈路径；所述滤波电路(50)用于将所述调制到预设频段之外的直流失调电压和元器件噪声滤除掉。


2.根据权利要求1所述的集成的微弱电信号滤波放大电路，其特征在于，所述第一直流反馈电路(60)包括：第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第一偏压源U1、第二偏压源U2；所述第二直流反馈电路(70)包括：第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第三偏压源U3、第四偏压源U4；
所述第一PMOS管M1的源极与所述连接节点A连接，所述第一PMOS管M1的漏极与所述第二PMOS管M2的漏极连接，所述第一PMOS管M1的栅极经所述第一偏压源U1与所述第二PMOS管的源极连接，所述第二PMOS管M2的栅极经所述第二偏压源U2连接到输出共模参考电压VCM，所述第二PMOS管M2的源极与所述连接节点C连接；
所述第三PMOS管M3的源极与所述连接节点B连接，所述第三PMOS管M3的漏极与所述第四PMOS管M4的漏极连接，所述第三PMOS管M3的栅极经所述第三偏压源U3与所述第四PMOS管的源极连接，所述第四PMOS管M4的栅极经所述第四偏压源U4连接到输出共模参考电压VCM，所述第四PMOS管M4的源极与所述连接节点D连接；
通过调整所述第一偏压源U1、第二偏压源U2、第三偏压源U3、第四偏压源U4输出的偏置电压值，使所述第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3、第四PMOS管M4工作在不同程度的弱反型态以获取不同的大电阻值。


3.根据权利要求2所述的集成的微弱电信号滤波放大电路，其特征在于，所述第一偏压源U1、第二偏压源U2、第三偏压源U3、第四偏压源U4均为相同的偏压源，所述偏压源的内部电路包括：第五PMOS管M5、NMOS管阵列Mx1-Mxn、NMOS管阵列驱动电路；
所述NMOS管阵列Mx1-Mxn由多个NMOS管并联组成，所述第五PMOS管M5的漏极与所述NMOS管阵列Mx1-Mxn的漏极并联节点连接，所述第五PMOS管M5的栅极和漏极短接，所述NMOS管阵列Mx1-Mxn的源极并联节点接地GND；
所述NMOS管阵列驱动电路包括多个子驱动电路，所述每一个子驱电路包括：NMOS管Ms1、NMOS管Mr1、NMOS管Mn1、PMOS管Mp1；所述NMOS管Ms1的漏极与电压输入端Vbias连接，所述NMOS管Ms1的源极与所述NMOS管Mr1的漏极连接，所述PMOS管Mp1的源极接VDD，所述PMOS管Mp1漏极与所述NMOS管Mn1的漏极连接，所述NMOS管Mn1的源极接地，所述NMOS管Mr1的栅极连接所述PMOS管Mp1漏极与所述NMOS管Mn1的漏极的连接点，所述NMOS管Ms1、PMOS管Mp1、NMOS管Mn1的栅极与选择信号输入端Sel1连接，所述NMOS管Ms1的源极与所述NMOS管Mr1的漏极连接点为子驱动电路的驱动信号输出端Vb1，所述多个子驱动电路的驱动信号输出端Vb1-Vbn分别与所述NMOS管阵列Mx1-Mxn的栅极对应连接；
通过多个所述子驱动电路的选择信号输入端调整流过所述第五PMOS管M5的电流值以产生不同的偏置电压值。


4.根据权利要求1所述的集成的微弱电信号滤波放大电路，其特征在于，所述第一斩波切换开关电路(20)包括NMOS管Mns1、NMOS管Mns2、NMOS管Mns3、NMOS管Mns4；
所述第二斩波切换开关电路(40)包括NMOS管Mns5、NMOS管Mns6、NMOS管Mns7、NMOS管Mns8；
所述NMOS管Mns1的漏极与所述NMOS管Mns2的漏极连接后与所述连接节点A连接，所述NMOS管Mns1的源极与所述运算放大器电路(30)的负相输入端连接，所述NMOS管Mns2的源极与所述运算放大器电路(30)的正相输入端连接；所述NMOS管Mns3的漏极与所述NMOS管Mns4的漏极连接后与所述连接节点B连接，所述NMOS管Mns3的源极与所述运算放大器电路(30)的负相输入端连接，所述NMOS管Mns4的源极与所述运算放大器电路(30)的正相输入端连接；
所述NMOS管Mns5的漏极与所述NMOS管Mns6的漏极连接后与所述连接节点C连接，所述NMOS管Mns5的源极与所述运算放大器电路(30)的正相输出端连接，所述NMOS管Mns6的源极与所述运算放大器电路(30)的负相输出端连接；所述NMOS管Mns...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骏哲，许小印，
申请(专利权)人：深圳芯森微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44