【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电压测量放大，尤其涉及一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器。
技术介绍
1、心电图、肌电图、脑电图等常见生物电信号常被用于分析诊断患者情况。这些信号的频率范围低(0～100hz)，幅度范围小(1～100mv)。可穿戴式设备具有功耗低、体积小、便于携带等特点，可以实时检测人体各项数据，帮助疾病的预警和预防性医疗措施的开展。因此，可穿戴式医疗检测设备正逐渐成为医疗领域的新热点。
2、仪表放大器作为可穿戴医疗检测设备的前端，主要用于采集并且放大信号，整个系统的性能常被仪表放大器的性能所决定和限制。人体内部具有一定导电性，常被认为是一个高阻导体。同时，现行的生物电信号采集设备容易接触不良产生接触阻抗过大等问题。在生物电信号幅度过小的前提下，使绝大部分信号分压在放大器的输入端成为仪表放大器重要设计目标。也因此，高输入阻抗是优秀仪表放大器的必要特性。
3、经典的仪表放大器主要分为三种类型：三运放仪表放大器、电容负反馈仪表放大器和电流负反馈仪表放大器，分别如图1中(a)、(b)和图2所示。
4、三运放仪表放大器采用三个运算放大器，具有低失调电压、高输入阻抗和较好的共模抑制比的特点，但是三个运放功耗大，并不适合作为可穿戴式设备的前端。
5、电容负反馈仪表放大器的闭环增益由输入电容和反馈电容的比值决定，选择匹配程度高的电容就可以获得准确的闭环增益。同时电容负反馈仪表放大器只使用一个运算放大器，所以其功耗低。但是为了降低1/f noise，chopper在仪表放大器中被广泛
6、电流反馈型结构由于输入端并没有电容，斩波器的使用并不会降低输入阻抗。相反，由于使用了电流负反馈，电流反馈型结构流过输入端的电流非常小，故等效输入阻抗非常大。同时经典的电流反馈仪表放大器只使用一个运算放大器，其功耗也低。虽然经典电路在输出端有一个电流复制器，该电流复制器会在一定程度上增大功耗，但不多。
技术实现思路
1、鉴于上述，本专利技术提出了一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，利用反馈放大电路内部电阻上的电压节点动态偏置输入放大电路的共栅极，从而在不消耗额外电流的情况下提高输入阻抗；将反馈放大电路内部通过电阻接地，其电阻电压反馈至输入放大电路，降低输入管栅漏寄生电容影响，提升电路输入阻抗；同时，输入放大电路单位增益缓冲器通过源级衬底短接的方式，降低输入管衬源寄生电容影响，进一步提升电路输入阻抗。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，包括输入放大电路、输入平衡电路和反馈放大电路；所述反馈放大电路的内部电压接入输入放大电路的共栅极；
4、所述输入放大电路中由一对单位增益缓冲器构成差分输入端，信号经过输入放大电路进行第一级放大；输入放大电路输出端与输入平衡电路输入端相连，输入平衡电路通过反馈设计，将小信号电流复制到反馈放大电路；反馈放大电路复制输入放大电路的小信号电流，并进行信号的第二级放大；所述反馈放大电路内部通过电阻接地，将电阻电压反馈至输入放大电路。
5、进一步地，所述输入放大电路中的一对单位增益缓冲器的源端和衬底短接。
6、进一步地，所述的输入放大电路包括pmos管m1、pmos管m2、pmos管m3、pmos管m4、nmos管m5、nmos管m6、pmos管m7、pmos管m8管和电阻r1；所述的m1、m2、m5、m6、m7、m8的衬底和源端短接；
7、输入放大电路的差分输入的正端vinp和负端vinn分别连接m1的栅端和m2的栅端，m1和m2共同构成一对单位增益缓冲；m1的源端和m2的源端通过电阻r1相连，且m1的源端和m2的源端分别经过m7、m8连接电源电压vdd；m1的漏端和m2的漏端分别与m3的源端和m4的源端相连，m3和m4的栅端由反馈放大电路中的电阻电压节点动态偏置；m3和m4的衬底连接电源电压vdd，m3的漏端和m4的漏端分别作为输入平衡电路的输入，且m3的漏端和m4的漏端分别经过m5、m6连接到地。
8、进一步地，所述的m1的源端和m2的源端分别经过m7、m8连接电源电压vdd，具体为：m7的源端连接电源电压vdd，m7的漏端连接m1的源端和电阻r1的一端，m7的栅端接入输入平衡电路；m8的源端连接电源电压vdd，m8的漏端连接m2的源端和电阻r1的另一端，m8的栅端接入输入平衡电路。
9、进一步地，所述的m3的漏端和m4的漏端分别经过m5、m6连接到地，具体为：m5的源端和m6的源端接地，m5的栅端和m6的栅端接入外部偏置电压，优选的，由外部带隙基准源电路产生恒定电流并经过外部电流镜电路产生偏置电压vbn，接入m5的栅端和m6的栅端，用于提供参考电压，使得m5和m6作为电流源产生恒定的偏置电流，m5的漏端连接m3的漏端，m6的漏端连接m4的漏端。
10、进一步地，所述的输入平衡电路包括pmos管m9、pmos管m10、pmos管m11、pmos管m12；所述的m9、m10、m11、m12的衬底与源端短接，m11的栅端和m12的栅端接入外部偏置电压，优选的，由外部带隙基准源电路产生恒定电流并经过外部电流镜电路产生偏置电压vbp，接入m11的栅端和m12的栅端，用于提供参考电压，使m11和m12作为电流源产生恒定偏置电流；
11、m11的源端连接电源电压vdd，m11的漏端、m9的源端、m7的栅端三者相连，m12的源端连接电源电压vdd，m12的漏端、m10的源端、m8的栅端三者相连；m9的栅端连接m3的漏端，m10的栅端连接m4的漏端，m9的漏端和m10的漏端接地。
12、进一步地，所述的反馈放大电路包括nmos管m13、nmos管m14、pmos管m15、pmos管m16、pmos管m17、pmos管m18和共模负反馈电路cmfb；所述的m17、m18的衬底与源端短接；
13、m17的源端和m18的源端连接电源电压vdd，m17的漏端和m18的漏端分别连接m15的源端和m16的源端，m17的栅端和m18栅端分别连接到m7、m8的栅端；m15的栅端和m16的栅端接入外部偏置电压，优选的，由外部带隙基准源电路产生恒定电流并经过外部共源共栅电流镜电路产生偏置电压vbcasp，接入m15的栅端和m16的栅端，用于提供参考电压，m15的衬底和m16的衬底连接电源电压vdd；m15的漏端和m16的漏端分别连接m13的漏端和m14的漏端，作为整体电路的输出端，将两个输出端连接到cmfb，由cmfb产生的共模负反馈控制电压vcmfb反馈到m13的栅端和m14的栅端，使得输出端vop和von具有稳定的共模电压；m13的源端和m14的源端分别通过电阻r2和r3接地，m13的衬底和m14的衬底接地。
14、进一步地，r2＝r本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，包括输入放大电路、输入平衡电路和反馈放大电路；所述反馈放大电路的内部电压接入输入放大电路的共栅极；
2.根据权利要求1所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，所述输入放大电路中的一对单位增益缓冲器的源端和衬底短接。
3.根据权利要求1所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，所述的输入放大电路包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、NMOS管M5、NMOS管M6、PMOS管M7、PMOS管M8管和电阻R1；所述的M1、M2、M5、M6、M7、M8的衬底和源端短接；
4.根据权利要求3所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，所述的M1的源端和M2的源端分别经过M7、M8连接电源电压VDD，具体为：M7的源端连接电源电压VDD，M7的漏端连接M1的源端和电阻R1的一端，M7的栅端接入输入平衡电路；M8的源端连接电源电压VDD，M8的漏端连接M2的源端和电阻R1的另一端
5.根据权利要求3所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，所述的M3的漏端和M4的漏端分别经过M5、M6连接到地，具体为：M5的源端和M6的源端接地，M5的栅端和M6的栅端接入外部偏置电压，使得M5和M6作为电流源产生恒定的偏置电流，M5的漏端连接M3的漏端，M6的漏端连接M4的漏端。
6.根据权利要求1所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，所述的输入平衡电路包括PMOS管M9、PMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M12；所述的M9、M10、M11、M12的衬底与源端短接，M11的栅端和M12的栅端接入外部偏置电压，使M11和M12作为电流源产生恒定偏置电流；
7.根据权利要求3所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，所述的反馈放大电路包括NMOS管M13、NMOS管M14、PMOS管M15、PMOS管M16、PMOS管M17、PMOS管M18和共模负反馈电路CMFB；所述的M17、M18的衬底与源端短接；
8.根据权利要求7所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，R2＝R3＝0.5*R1。
9.根据权利要求7所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，反馈放大电路中电阻R2、R3上的电压节点Vfbp、Vfbn分别为输入放大电路中的M3和M4的栅端提供动态偏置。
...【技术特征摘要】
1.一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，包括输入放大电路、输入平衡电路和反馈放大电路；所述反馈放大电路的内部电压接入输入放大电路的共栅极；
2.根据权利要求1所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，所述输入放大电路中的一对单位增益缓冲器的源端和衬底短接。
3.根据权利要求1所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，所述的输入放大电路包括pmos管m1、pmos管m2、pmos管m3、pmos管m4、nmos管m5、nmos管m6、pmos管m7、pmos管m8管和电阻r1；所述的m1、m2、m5、m6、m7、m8的衬底和源端短接；
4.根据权利要求3所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，所述的m1的源端和m2的源端分别经过m7、m8连接电源电压vdd，具体为：m7的源端连接电源电压vdd，m7的漏端连接m1的源端和电阻r1的一端，m7的栅端接入输入平衡电路；m8的源端连接电源电压vdd，m8的漏端连接m2的源端和电阻r1的另一端，m8的栅端接入输入平衡电路。
5.根据权利要求3所述的一种用反馈放大电路动态偏置共栅极的高输入阻抗放大器，其特征在于，所述的m3的漏端和m4的漏端分别经过...
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