一种用于多种生理电信号采集的感知放大电路制造技术

一种用于多种生理电信号采集的感知放大电路，其特征在于，包括依次连接斩波调制电容耦合仪表放大器、可编程增益放大器和带宽可调带通滤波器。采用正反馈输入阻抗增强技术可以大幅提高输入阻抗，但由于寄生电容的影响，需要精准调节反馈电容，防止电路震荡。此外，生物电信号频率成分集中在低频段(低于1Hz到几kHz)，为避免DC失调以及基线漂移等极低频率成分引起的干扰，同时保留尽量多的原始信号低频细节，感知模拟前端放大器(AFE)需要＜0.5Hz的高通截止频率，这需要极大的RC常数来实现，可采用μF量级的片外电容配合MΩ量级的片上电阻，或者接近TΩ级别的电阻配合pF级的片上电容来实现，但都会占用过多的片上面积。但都会占用过多的片上面积。但都会占用过多的片上面积。

【技术实现步骤摘要】
一种用于多种生理电信号采集的感知放大电路


[0001]本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种用于多种生理电信号采集的感知放大电路。

技术介绍

[0002]根据已有的报道，心脏、大脑等人体重要部位的器官发生疾病对人类的生命具有极大的威胁，而这类严重的生理疾病在一定程度上都是有迹可循，可以预防的。因此，对人体的各种生理信号(例如心电信号ECG，脑电信号EEG等等)进行实时长期地监测，对于慢病防治、康复管理、运动健康和科学养老都具有十分重要的作用。
[0003]随着微电子与生物医疗的深度交叉融合，以心电贴、运动胸带等为代表的便携式健康监测设备得到快速发展。利用这些设备实现长期实时健康监测，将在慢病防控，运动健康等方面发挥重大作用。常见的便携式生物电信号如表1所示，包括心电信号(electrocardiogram)ECG、脑电信号(electroencephalogram)EEG、肌电信号(electromyogram)EMG、眼电信号(Electrooculogram)EOG。
[0004][0005]表1
[0006]从表1中可以看出，这些生物电信号既有低幅值、低频带的共通性，也具有多幅值，多频带的差异性，因此，研究低噪声多模态强抗干扰能力的模拟前端感知放大器(AFE)是实现多种生理信号精确感知的关键。
[0007]现有的模拟前端电路存在以下问题：传统的直流耦合和交流耦合由于增益反馈结构存在一定的失配而在共模抑制比(CMRR)性能上表现不佳，而将斩波调制器放在输入电容与输入电极连接端可以大幅降低片上比例电容的失调，从而提高CMRR性能。采用斩波调制技术的电容耦合AFE能够大幅度抑制电路中的闪烁噪声。但斩波调制器在不同时钟相位切换时，不可避免需要对输入电容充放电，导致输入阻抗的降低且引入充放电纹波。通过预充电技术可以将纹波进行一定缓解，将输入阻抗进行一定程度的提高，但提高效果有限。采用正反馈输入阻抗增强技术可以大幅提高输入阻抗，但由于寄生电容的影响，需要精准调节反馈电容，防止电路震荡。此外，生物电信号频率成分集中在低频段(低于1Hz到几kHz)，为避免DC失调以及基线漂移等极低频率成分引起的干扰，同时保留尽量多的原始信号低频细
节，感知模拟前端放大器(AFE)需要＜0.5Hz的高通截止频率，这需要极大的RC常数来实现，可采用μF量级的片外电容配合MΩ量级的片上电阻，或者接近TΩ级别的电阻配合pF级的片上电容来实现，但都会占用过多的片上面积。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点，应用斩波调制电容耦合结构以提供足够高的CMRR，同时引入阻抗提升技术提升感知放大电路的输入阻抗，斩波调制电容耦合仪表放大器中引入直流伺服环路DSL以提供所需的＜0.5Hz的高通截止频率，最后引入带宽可调带通滤波器实现对模拟前端电路带宽的独立可调，从而提供一种应用于多种生理电信号监测的模拟前端电路，具有低噪声、多模态、高共模抑制比的优点。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种用于多种生理电信号采集的感知放大电路，其特点在于，包括依次连接斩波调制电容耦合仪表放大器、可编程增益放大器和带宽可调带通滤波器；
[0011]所述斩波调制电容耦合仪表放大器，包括第一跨导放大器、第一直流伺服环路和时钟发生器，所述第一跨导放大器正负输入端分别输入第一输入信号和第二输入信号；所述斩波调制电容耦合仪表放大器，用于将两路输入信号调制解调，消除信号的低频噪声及放大器的失调，同时对信号进行固定倍数的增益，并传输至所述可编程增益放大器；
[0012]所述可编程增益放大器，包括第二跨导放大器和第二直流伺服环路述带宽可调带通滤波器
[0013]所述带宽可调带通滤波器，包括第三跨导放大器，用于滤除信号的带外噪声，最终输出信号。
[0014]所述的第一跨导放大器、第二跨导放大器和第三跨导放大器的结构和作用都相同，确保输出信号在电源电压内不失真；
[0015]所述第一跨导放大器、第二跨导放大器和第三跨导放大器均包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管、第十三MOS管、第十四MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第十七MOS管、第十八MOS管、第十九MOS管、第二十MOS管、第二十一MOS管、第二十二MOS管、第二十三MOS管、第二十四MOS管、第一电阻、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、第一补偿电容、第二补偿电容、第三补偿电容、第四补偿电容、第一补偿电阻、第二补偿电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；
[0016]所述第一MOS管的漏极与第二MOS管、第三MOS管的源极相连，第一MOS管、第七MOS管、第八MOS管栅极相连，第六MOS管的漏极与第四MOS管、第五MOS管的源极相连，第六MOS管、第十七MOS管、第十八MOS管栅极与第七开关相连，第二MOS管、第十七MOS管、第二十三MOS管漏极与第十五MOS管源极相连，第三MOS管、第十八MOS管、第二十四MOS管漏极与第十六MOS管源极相连，第四MOS管、第七MOS管漏极与第九MOS管源极相连，第五MOS管、第八MOS管漏极与第十MOS管源极相连，第九MOS管、第十MOS管栅极相连，第十五MOS管、第十六MOS管栅极相连，第九MOS管的漏极、第十三MOS管的漏极、第十一MOS管的源极、第二十一MOS管的栅极和第三补偿电容的上极板相连，第十MOS管的漏极、第十四MOS管的漏极、第十二MOS管
的源极、第十九MOS管的栅极和第一补偿电容的上极板相连，第十五MOS管的漏极、第十一MOS管的漏极、第十三MOS管的源极、第二十二MOS管的栅极和第四补偿电容的上极板相连，第十六MOS管的漏极、第十二MOS管的漏极、第十四MOS管的源极、第二十MOS管的栅极和第二补偿电容的上极板相连，第十一MOS管、第十二MOS管栅极相连，第十三MOS管、第十四MOS管栅极相连，第十九MOS管、第二十MOS管漏极与第一补偿电阻相连，第二十一MOS管、第二十二MOS管漏极与第二补偿电阻相连，第一补偿电容下极板、第二补偿电容下极板与第一补偿电阻、第一电容下极板、第三开关相连，第三补偿电容下极板、第四补偿电容下极板与第二补偿电阻、第二电容下极板、第五开关相连，第二十三MOS管栅极、第二十四MOS管栅极、第一电容上极板、第二电容上极板、第四开关相连，第三开关、第六开关、第三电容下极板相连，第五开关、第八开关、第四电容下极板相连，第三电容上极板、第四电容上极板、第四开关、第七开关相连，第六开关和第八开关相连，第一电阻和第一MOS管源极相连，第二电阻和第六MOS管源极相连，第三电阻和第七MOS管源极相连，第四电阻R4和第八MOS管源极相连，第五电阻和第十七MOS管源极相连，第六本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多种生理电信号采集的感知放大电路，其特征在于，包括依次连接斩波调制电容耦合仪表放大器、可编程增益放大器和带宽可调带通滤波器；所述斩波调制电容耦合仪表放大器，包括第一跨导放大器(G
m1
)、第一直流伺服环路(DSL1)和时钟发生器，所述第一跨导放大器(G
m1
)正负输入端分别输入第一输入信号(Vip)和第二输入信号(Vin)；所述斩波调制电容耦合仪表放大器，用于将两路输入信号调制解调，消除信号的低频噪声及放大器的失调，同时对信号进行固定倍数的增益，并传输至所述可编程增益放大器；所述可编程增益放大器，包括第二跨导放大器(Gm2)和第二直流伺服环路(DSL2)，用于对经斩波调制电容耦合放大器调制且放大的信号进一步放大，并传输至所述带宽可调带通滤波器所述带宽可调带通滤波器，包括第三跨导放大器(Gm3)，用于滤除信号的带外噪声，最终输出信号(Vout)。2.根据权利要求1所述的用于多种生理电信号采集的感知放大电路，其特征在于，所述的第一跨导放大器(Gm1)、第二跨导放大器(Gm2)和第三跨导放大器(Gm3)的结构和作用都相同，确保输出信号在电源电压内不失真；所述第一跨导放大器(G
m1
)、第二跨导放大器(G
m2
)和第三跨导放大器(G
m3
)均包括第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)、第三MOS管(M3)、第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)、第六MOS管(M6)、第七MOS管(M7)、第八MOS管(M8)、第九MOS管(M9)、第十MOS管(M
10
)、第十一MOS管(M
11
)、第十二MOS管(M
12
)、第十三MOS管(M
13
)、第十四MOS管(M
14
)、第十五MOS管(M
15
)、第十六MOS管(M
16
)、第十七MOS管(M
17
)、第十八MOS管(M
18
)、第十九MOS管(M
19
)、第二十MOS管(M
20
)、第二十一MOS管(M
21
)、第二十二MOS管(M
22
)、第二十三MOS管(M
23
)、第二十四MOS管(M
24
)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第一补偿电容(C
c1
)、第二补偿电容(C
c2
)、第三补偿电容(C
c3
)、第四补偿电容(C
c4
)、第一补偿电阻(R
c1
)、第二补偿电阻(R
c2
)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第三开关(S3)、第四开关(S4)、第五开关(S5)、第六开关(86)、第七开关(S7)和第八开关(S8)；所述第一MOS管(M1)的漏极与第二MOS管(M2)、第三MOS管(M3)的源极相连，第一MOS管(M1)、第七MOS管(M7)、第八MOS管(M8)栅极相连，第六MOS管(M6)的漏极与第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)的源极相连，第六MOS管(M6)、第十七MOS管(M
17
)、第十八MOS管(M
18
)栅极与第七开关(S7)相连，第二MOS管(M2)、第十七MOS管(M
17
)、第二十三MOS管(M
23
)漏极与第十五MOS管(M
15
)源极相连，第三MOS管(M
37
)、第十八MOS管(M
18
)、第二十四MOS管(M
24
)漏极与第十六MOS管(M
16
)源极相连，第四MOS管(M4)、第七MOS管(M7)漏极与第九MOS管(M9)源极相连，第五MOS管(M5)、第八MOS管(M8)漏极与第十MOS管(M
10
)源极相连，第九MOS管(M9)、第十MOS管(M
10
)栅极相连，第十五MOS管(M
15
)、第十六MOS管(M
16
)栅极相连，第九MOS管(M9)的漏极、第十三MOS管(M
13
)的漏极、第十一MOS管(M
11
)的源极、第二十一MOS管(M
21
)的栅极和第三补偿电容(C
c3
)的上极板相连，第十MOS管(M
10
)的漏极、第十四MOS管(M
14
)的漏极、第十二MOS管(M
12
)的源极、第十九MOS管(M
19
)的栅极和第一补偿电容(C
c1
)的上极板相连，第十五MOS管(M
15
)的漏极、第十一MOS管(M
11
)的漏极、第十三MOS管(M
13
)的源极、第二十二MOS管(M
22
)的栅极和第四补偿电容(C
c4
)的上极板相连，第十六MOS管(M
16
)的漏极、第十二MOS管(M
12
)的漏极、第十四
MOS管(M
14
)的源极、第二十MOS管(M
20
)的栅极和第二补偿电容(C
c2
)的上极板相连，第十一MOS管(M
11
)、第十二MOS管(M
12
)栅极相连，第十三MOS管(M
13
)、第十四MOS管(M
14
)栅极相连，第十九MOS管(M
19
)、第二十MOS管(M
20
)漏极与第一补偿电阻(R
c1
)相连，第二十一MOS管(M
21
)、第二十二MOS管(M
22
)漏极与第二补偿电阻(R
c2
)相连，第一补偿电容(C
c1
)下极板、第二补偿电容(C
c2
)下极板与第一补偿电阻(R
c1
)、第一电容(C1)下极板、第三开关(S3)相连，第三补偿电容(C
c3
)下极板、第四补偿电容(C
c4
)下极板与第二补偿电阻(R
c2
)、第二电容(C2)下极板、第五开关(S5)相连，第二十三MOS管(M
23
)栅极、第二十四MOS管(M
24
)栅极、第一电容(C1)上极板、第二电容(C2)上极板、第四开关(S4)相连，第三开关(S3)、第六开关(S6)、第三电容(C3)下极板相连，第五开关(S5)、第八开关(S8)、第四电容(C4)下极板相连，第三电容(C3)上极板、第四电容(C4)上极板、第四开关(S4)、第七开关(S7)相连，第六开关(S6)和第八开关(S8)相连，第一电阻(R1)和第一MOS管(M1)源极相连，第二电阻(R2)和第六MOS管(M6)源极相连，第三电阻(R3)和第七MOS管(M7)源极相连，第四电阻R4和第八MOS管(M8)源极相连，第五电阻(R5)和第十七MOS管(M
17
)源极相连，第六电阻(R6)和第十八MOS管(M
18
)源极相连，第七电阻(R7)和第二十三MOS管(M
23
)源极相连，第八电阻(R8)和第二十四MOS管(M
24
)源极相连。3.根据权利要求1所述的用于多种生理电信号采集的感知放大电路，其特征在于，所述第一直流伺服环路(DSL1)和第二直流伺服环路(DSL2)的作用和结构都相同，采用开关电容结构；所述第一直流伺服环路(DSL1)和第二直流伺服环路(DSL2)均包括第九开关(S9)、第十开关(S
10
)、第十一开关(S
11
)、第十二开关(S
12
)、第十三开关(S
13
)、第十四开关(S
14
)、第十五开关(S
15
)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第十电容(C
10
)和第四跨导放大器(G
m4
)；以斩波调制电容耦合仪表放大器的直流伺服...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵阳，索研星，连勇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：