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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电信号放大技术,尤其涉及一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器。
技术介绍
1、人体生物电信号具有幅度弱、频率低等特点,在采集过程中极易受闪烁噪声、电极失调和共模干扰的影响。因此,生物电信号采集系统的模拟前端电路需特别设计以应对应用中的性能挑战。最流行的模拟前端放大器ccia的架构为电容耦合斩波结构。电容耦合斩波结构放大器虽有低功耗,低噪声等优点。但其输入阻抗受到输入电容和斩波频率的限制。
2、对于生物信号采集系统,在模拟前端实现高输入阻抗是非常重要的。低的输入阻抗会产生放大器的信号幅度显著衰减,共模抑制比较低、难以抑制工频干扰等问题。而传统的阻抗提升方法为正反馈环路(pfl)法。但由于受到寄生电容的影响,其提升效果有限。常用可变电容阵列方案调节正反馈电容,对输入端的未知的寄生电容进行校准。
3、可变电容阵列校准方法中,正反馈电容(cpf)不再是固定容值,而是粗调电容器cpf_coarse和细调电容器cpf_fine阵列的组合。在开关信号设置下,粗调电容器阵列与细调电容器阵列并联切换。首先设置cpf_coarse的值至不考虑寄生电容存在时cpf的理论计算值,然后调整细调电容器阵列cpf_fine,实现更高的输入阻抗。
4、现有可变电容阵列方案,源自文献《a 8-channel active electrode system for
5、eeg monitoring》,其结构如图1所示。可变电容阵列方法作为一种调节cpf的校准方法,其对输入阻抗的提升效果受到最小调
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,以解决上述现有技术存在的问题。
2、本专利技术中所述一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,包括依次串联的第一斩波器、输入电容、第一放大器、纹波抑制电容、第二斩波器和第二放大器;
3、所述第二放大器输入端和第二放大器输出端之间通过rc网络形成第一正反馈环路;
4、所述第二放大器输出端和第一放大器输入端之间通过串联的第三斩波器和负反馈电容形成负反馈环路;
5、所述第二放大器输出端和第一放大器输入端之间还通过串联的环路增益调节器、第四斩波器和正反馈电容形成第二正反馈环路;所述第二放大器的差分输入端外接偏置电压。
6、所述环路增益调节器结构具体为:
7、可变尾电流源源极连接vdd,可变尾电流源漏极分别连接第一输入管源极、第一分流管源极、第二分流管源极和第二输入管源极,可变尾电流源栅极外接第二偏置电压;
8、第一输入管漏极和第一分流管漏极分别连接第一负载管源极;第二输入管漏极和第二分流管漏极分别连接第二负载管源极;第一输入管栅极作为环路增益调节器的正相输入端,第二输入管栅极作为环路增益调节器的反相输入端;第一分流管栅极和第二分流管栅极分别连接第一偏置电压;
9、第一负载管源极作为环路增益调节器的反相输出端,第二负载管源极作为环路增益调节器的正向输出端;第一负载管栅极、第一负载管漏极、第二负载管栅极和第二负载管漏极共地连接。
10、所述可变尾电流源由四个栅宽比为1:2:4:8的调节电流源并联构成。
11、所述第一输入管和第一分流管的栅长相同,栅宽比值为1:k。所述第二输入管和第二分流管的栅长相同,栅宽比值为1:k。
12、本专利技术中所述一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,其优点在于,通过在pfl环路中引入环路增益调节器对输入寄生电容误差进行线性校准。在保证模拟前端放大器其他性能的情况下改变正反馈环路增益,等效调节正反馈电容值,调节分辨率相较传统的可变电容阵列方案有明显提高,阻抗提升倍数也有较大提升。在满足生物电信号采集前端放大器的低功耗、低噪声条件下,对频段内的输入阻抗提升效果良好,相比传统阻抗提升技术在频段内的阻抗提升效果和稳定性都有了提高。
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1.一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,包括依次串联的第一斩波器(Ch1)、输入电容(Cin)、第一放大器(Gm1)、纹波抑制电容(Crr)、第二斩波器(Ch2)和第二放大器(Gm2);
2.根据权利要求1所述一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,其特征在于,所述环路增益调节器(LGC)结构具体为:
3.根据权利要求2所述一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,其特征在于,所述可变尾电流源(M5)由四个栅宽比为1:2:4:8的调节电流源并联构成。
4.根据权利要求2所述一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,其特征在于,所述第一输入管(M11)和第一分流管(M12)的栅长相同,栅宽比值为1:K。
5.根据权利要求2所述一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,其特征在于,所述第二输入管(M21)和第二分流管(M22)的栅长相同,栅宽比值为1:K。
【技术特征摘要】
1.一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,包括依次串联的第一斩波器(ch1)、输入电容(cin)、第一放大器(gm1)、纹波抑制电容(crr)、第二斩波器(ch2)和第二放大器(gm2);
2.根据权利要求1所述一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,其特征在于,所述环路增益调节器(lgc)结构具体为:
3.根据权利要求2所述一种高输入阻抗的生物信号模拟前端斩波放大器,其特征在...
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