一种适用于双电极架构的全动态工频干扰抑制电路制造技术

本发明专利技术属于模拟集成电路技术领域，特别涉及一种适用于双电极架构的全动态工频干扰抑制电路。本发明专利技术采用两个差分伪电阻将生物电极的输入共模电平采集出来，使用动态运放cascoded FIA对电荷共享电容C

【技术实现步骤摘要】
一种适用于双电极架构的全动态工频干扰抑制电路


[0001]本专利技术属于模拟集成电路
，特别涉及一种适用于双电极架构的全动态工频干扰抑制电路。

技术介绍

[0002]心电信号ECG（Electrocardiogram）幅值小、频率低（幅值典型值大小为1mV、频谱范围0.1
‑
150Hz），极易受到环境中各种干扰的影响，其中最主要的影响为50/60Hz工频干扰，若不采用专用的共模干扰抑制电路电源线将会在输入端耦合一个幅值大小为数十伏的共模电平，这也会使得后续电路的输入端饱和进而导致其无法正常工作。
[0003]由于50/60Hz工频干扰的幅值远大于心电信号的幅值，且其频率处于心电信号的频带之内，很难通过滤波器如模拟陷波器或数字FIR滤波器进行抑制。一种常用的方式是采用带右腿驱动电路的三电极架构，但这种架构会极大地影响佩戴者的舒适度，从而不利于长时间的监测；为了实现更加舒适的可穿戴式心电监测设备，常采用低功耗、具有大共模干扰抑制作用的双电极架构模拟采集前端，但双电极架构的模拟采集前端需要结构更加复杂的共模干扰抑制模块。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的问题或不足，本专利技术为了在克服双电极架构中由工频干扰引起的模拟前端电路饱和影响的同时降低功耗，提出了一种适用于双电极架构的全动态工频干扰抑制电路，该电路将生物电极的输入共模电平采集出来，使用动态运放cascoded FIA对电荷共享电容C
S
进行充电；充电周期结束后，将该电容上的电荷通过开关管S4耦合到生物电极的输入端产生与工频干扰电平相反的电平位移，从而达到抑制共模扰动的目的。动态运放cascoded FIA仅在充电周期中开启，从而消除了静态电流，这种全动态的工作模式相比较于之前的技术大大降低了功耗。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种适用于双电极架构的全动态工频干扰抑制电路，包括大共模干扰模块101、生物电极阻抗模块102、电荷共享模块103和生物电极输入共模提取模块104。
[0006]所述大共模干扰模块101包含共模正弦信号干扰源以及耦合电容C
C
，共模正弦信号干扰源一端接地，另一端接耦合电容C
C
，耦合电容C
C
的另一端同时接生物电极阻抗模块102的两个输入端。
[0007]所述生物电极阻抗模块102由于采用双电极架构，为两路相同的支路，其中每条支路将电极等效电容C
EL
和电极等效电阻R
EL
并联后，以两支路的一端作为输入端接耦合电容C
C
的输出端，两支路的另一端作为生物电极阻抗模块102的输出端分别接电荷共享模块103的两个输出端以及生物电极输入共模提取模块104的两个输入端。
[0008]所述电荷共享模块103包括相同的两支路，每一条支路均包括一个电荷共享电容C
S
及开关组S1‑
S4；两支路的两个开关S1的一端分别作为电荷共享模块103的两个输入端并
一起与生物电极输入共模提取模块104的输出端连接，两支路的两个开关S4的一端分别作为电荷共享模块103的两个输出端并分别与生物电极输入共模提取模块104的两个输入端连接。
[0009]在每条支路中，开关S1的一端作为电荷共享模块103的一路输入端与生物电极输入共模提取模块104的输出端连接，另一端接电荷共享电容C
S
的上极板；开关S3的一端与电荷共享电容C
S
的下极板相连，另一端连接至gnd；开关S2的一端与电荷共享电容C
S
的上极板相连，另一端连接至gnd；开关S4的一端作为电荷共享模块103的一路输出端连接至生物电极输入共模提取模块104的一路输入端，另一端与电荷共享电容C
S
的下极板相连。
[0010]两支路的开关组均由两相非交叠控制信号φ1与φ2进行控制，φ1有效而φ2无效时开关S1、S3和S5闭合而S2、S4断开；φ2有效而φ1无效时开关S2、S4闭合而S1、S3和S5断开。
[0011]所述生物电极输入共模提取模块104包括两个差分伪电阻、一个开关S5以及一个单位增益缓冲器；其中两个差分伪电阻的一端分别作为生物电极输入共模提取模块104的两个输入端分别连接至电荷共享模块103的两个输出端S4，另一端均与单位增益缓冲器的输入端连接；单位增益缓冲器的一端作为输入端接两个差分伪电阻，另一端作为输出端接开关S5的一端；开关S5的一端接单位增益缓冲器的输出端，另一端作为生物电极输入共模提取模块104的输出端同时连接至电荷共享模块103的两个输入端。
[0012]进一步的，所述单位增益缓冲器采用电压跟随器连接方式的动态运放cascoded FIA实现。
[0013]cascoded FIA包括一个存储电容C
R
，四个由φ1控制的开关S
11
、S
12
、S
13
、S
14
，四个由φ2控制的开关S
21
、S
22
、S
23
、S
24
、S
25
、S
26
，两对PMOS管M
p1
、M
p2
和M
cp1
、M
cp2
以及两对NMOS管M
n1
、M
n2
和M
cn1
、M
cn2
，所有的MOS管均将源极与衬底短接。
[0014]其中存储电容C
R
的上极板接开关S
21
的输出端及开关S
11
的输入端，C
R
的下极板接开关S
22
的输出端及开关S
12
的输入端，开关S
21
的输入端接V
dd
，开关S
22
的输出端接地；PMOS管M
p1
和M
p2
的源极共同连接至开关S
11
的输出端、漏极分别连接至M
cp1
和M
cp2
的源极，NMOS管M
n1
和M
n2
的源极共同连接至开关S
12
的输出端、漏极分别连接至M
cn1
和M
cn2
的源极，输入管M
n1
和M
p1
的栅极连接在一起后接开关S
13
的输出端以及开关S
23
的输入端，另一对输入管M
n2
和M
p2
的栅极连接在一起后接开关S
14
的输出端以及开关S
24
的输入端，开关S
13
与开关S
14
的输入端分别接c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于双电极架构的全动态工频干扰抑制电路，其特征在于：包括大共模干扰模块（101）、生物电极阻抗模块（102）、电荷共享模块（103）和生物电极输入共模提取模块（104）；所述大共模干扰模块（101）包含共模正弦信号干扰源以及耦合电容C
C
，共模正弦信号干扰源一端接地，另一端接耦合电容C
C
，耦合电容C
C
的另一端同时接生物电极阻抗模块（102）的两个输入端；所述生物电极阻抗模块（102）为两路相同的支路，其中每条支路将电极等效电容C
EL
和电极等效电阻R
EL
并联后，以两支路的一端作为输入端接耦合电容C
C
的输出端，两支路的另一端作为生物电极阻抗模块（102）的输出端分别接电荷共享模块（103）的两个输出端以及生物电极输入共模提取模块104的两个输入端；所述电荷共享模块（103）包括相同的两支路，每一条支路均包括一个电荷共享电容C
S
及开关组S1‑
S4；两支路的两个开关S1的一端分别作为电荷共享模块（103）的两个输入端并一起与生物电极输入共模提取模块（104）的输出端连接，两支路的两个开关S4的一端分别作为电荷共享模块（103）的两个输出端并分别与生物电极输入共模提取模块（104）的两个输入端连接；在每条支路中，开关S1的一端作为电荷共享模块（103）的一路输入端与生物电极输入共模提取模块（104）的输出端连接，另一端接电荷共享电容C
S
的上极板；开关S3的一端与电荷共享电容C
S
的下极板相连，另一端连接至gnd；开关S2的一端与电荷共享电容C
S
的上极板相连，另一端连接至gnd；开关S4的一端作为电荷共享模块（103）的一路输出端连接至生物电极输入共模提取模块（104）的一路输入端，另一端与电荷共享电容C
S
的下极板相连；两支路的开关组均由两相非交叠控制信号φ1与φ2进行控制，φ1有效而φ2无效时开关S1、S3和S5闭合而S2、S4断开；φ2有效而φ1无效时开关S2、S4闭合而S1、S3和S5断开；所述生物电极输入共模提取模块（104）包括两个差分伪电阻、一个开关S5以及一个单位增益缓冲器；其中两个差分伪电阻的一端分别作为生物电极输入共模提取模块（104）的两个输入端分别连接至电荷共享模块（103）的两个输出端S4，另一端均与单位增益缓冲器的输入端连接；单位增益缓冲器的一端作为输入端接两个差分伪电阻，另一端作为输出端接开关S5的一端；开关S5的一端接单位增益缓冲器的输出端，另一端作为生物电极输入共模提取模块（104）的输出端同时连接至电荷共享模块（103）的两个输入端。2.如权利要求1所述适用于双电极架构的全动态工频干扰抑制电路，其特征在于：所述单位增益缓冲器采用电压跟随器连接方式的cascoded FIA实现；cascoded FIA包括一个存储电容C
R
，四个由φ1控制的开关S
11
、S
12
、S
13
、S
14
，四个由φ2控制的开关S
21
、S
22
、S
23
、S
24
、S
25
、S
26
，两对PMOS管M
p1
、M
p2
和M
cp1
、M
cp2
以及两对NMOS管M
n1
、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中，熊帆，李靖，宁宁，于奇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：