基于CMOS的血氧饱和传感器接口电路设计
发布时间：2021-02-11 17:20
近年来,随着集成电路技术的不断进步和医疗设备不断的更新换代,生物医学芯片成为IC领域的研究热点。作为生物信号检测的重要组成部分,CMOS电路在生物弱信号的降噪、放大和调整方面有着举足轻重作用。其性能直接决定了是否可以精准提取的生物信号。因此,对其进行深入研究具有重要的意义和价值。本文使用Cadence软件,针对光容积血氧饱和传感器,设计了一种基于0.18μm工艺的CMOS接口电路。它主要包括以下五个模块:前置低噪声运放模块、后置高增益运放模块、抑制基漂模块、带通滤波模块和带隙基准源模块。整体电路仿真结果表明:在1.8V电源电压下,前置低噪声放大模块差模增益为23.4dB,增益带宽为159.17MHz,电源抑制比为82.7dB,共模抑制比为92.4dB,低频噪声为662nV/sqrt（Hz）;带通滤波器截止频率为0.5Hz40Hz;后置高增益放大模块增益为40dB,电源电压抑制比为127.2dB;带隙基准源温度系数为2.136ppm/℃;电路整体功耗为0.642mW;版图面积为0.083mm2,并且通过了DRC和LVS验证。通过仿真,电路性能满...
【文章来源】：黑龙江大学黑龙江省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状和发展趋势
1.3 本文主要研究内容
1.4 本文的设计指标
第2章 光容积血氧测量原理
2.1 光容积血氧测量概述
2.2 光容积血氧测量原理
2.3 光容积脉搏波信号
2.4 接口电路设计目标
2.5 本章小结
第3章 接口电路设计
3.1 电路中噪声类型及抑制方法
3.1.1 噪声类型
3.1.2 闪烁噪声抑制方法
3.2 接口电路运放模块设计
3.2.1 三运放仪表运算放大器的原理及结构
3.2.2 电流模仪表运算放大器的原理及结构
3.2.3 低噪声高增益运放模块设计原理
3.2.4 前置低噪声运放模块设计
3.2.5 后置高增益运放模块设计
3.3 滤波模块设计
3.3.1 传统滤波器的原理及结构
3.3.2 带通滤波模块设计
3.4 抑制基漂模块设计
3.5 带隙基准源模块设计
3.5.1 带隙电压基准的基本原理
3.5.2 传统带隙基准电压源电路结构
3.5.3 高阶温度补偿带隙电压基准模块设计
3.6 本章小结
第4章 接口电路仿真
4.1 运算放大器的电路仿真
4.1.1 前置运算放大器电路
4.1.2 前置低噪声运算放大器电路
4.1.3 后置高增益运算放大器电路
4.2 带通滤波器电路仿真
4.3 抑制基漂模块电路仿真
4.4 高阶补偿带隙基准源电路仿真
4.5 线性稳压输出仿真
4.6 整体电路仿真
4.7 本章小结
第5章 接口电路版图设计
5.1 整体版图布局
5.2 系统版图的DRC和 LVS验证
5.3 本文与其他文献电路性能参数比较
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
攻读硕士学位期间取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]可穿戴血氧芯片的抗运动干扰算法与电路设计[J]. 郑朝霞,蒋潘婷,曾小刚,夏恒炀. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]重症肺炎患者动脉血乳酸及中心静脉血氧饱和度监测的意义[J]. 刘璇,林凤,管亚慧. 当代医学. 2019(09)
[3]脉搏传感器应用的研究进展[J]. 朱耀斌,李志强,丁楠,伊寒露,沈磊,赵宇东,叶赞凯,张金蕊. 中华实用诊断与治疗杂志. 2019(03)
[4]10-4 V级微弱脉冲信号放大电路设计研究[J]. 石苗,吴永仁,管德赛,桂龙刚. 国外电子测量技术. 2019(02)
[5]一种适用于生物微传感器的接口电路设计[J]. 蓝青,吴培鹏,贝煜星,王阳. 电子技术. 2018(10)
[6]基于平滑先验法去除脉搏波基线漂移[J]. 苏志刚,吕江波,郝敬堂. 中国医学物理学杂志. 2018(10)
[7]光电容积脉搏波描记法（PPG）测试足球运动员赛时心率的准确性研究[J]. 汪雄,陈玉林,张恒亮,王垒,黄国虎,刘鸿优. 电子世界. 2018(17)
[8]近红外光谱技术在危重症患儿中的临床应用进展[J]. 高慧霞,曲东. 北京医学. 2018(07)
[9]一种心率检测仪的低功耗与抗静电设计[J]. 秦丽平,刘梦星,连仁菊,江锋,江河,叶树明. 中国医疗设备. 2018(02)
[10]巴特沃思型低通滤波器的归一化设计[J]. 汪宇,查明,李纵,王衡,刘庆. 舰船电子工程. 2018(01)
硕士论文
[1]基于RFID的脉搏血氧传感器收发机芯片研究[D]. 倪立强.天津工业大学 2018
[2]脉搏和血氧饱和度传感器芯片的研究[D]. 胡雄伟.天津工业大学 2017
[3]用于微弱生物信号检测的低功耗CMOS模拟前端设计[D]. 赵双.哈尔滨工程大学 2017
本文编号：3029452
【文章来源】：黑龙江大学黑龙江省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状和发展趋势
1.3 本文主要研究内容
1.4 本文的设计指标
第2章 光容积血氧测量原理
2.1 光容积血氧测量概述
2.2 光容积血氧测量原理
2.3 光容积脉搏波信号
2.4 接口电路设计目标
2.5 本章小结
第3章 接口电路设计
3.1 电路中噪声类型及抑制方法
3.1.1 噪声类型
3.1.2 闪烁噪声抑制方法
3.2 接口电路运放模块设计
3.2.1 三运放仪表运算放大器的原理及结构
3.2.2 电流模仪表运算放大器的原理及结构
3.2.3 低噪声高增益运放模块设计原理
3.2.4 前置低噪声运放模块设计
3.2.5 后置高增益运放模块设计
3.3 滤波模块设计
3.3.1 传统滤波器的原理及结构
3.3.2 带通滤波模块设计
3.4 抑制基漂模块设计
3.5 带隙基准源模块设计
3.5.1 带隙电压基准的基本原理
3.5.2 传统带隙基准电压源电路结构
3.5.3 高阶温度补偿带隙电压基准模块设计
3.6 本章小结
第4章 接口电路仿真
4.1 运算放大器的电路仿真
4.1.1 前置运算放大器电路
4.1.2 前置低噪声运算放大器电路
4.1.3 后置高增益运算放大器电路
4.2 带通滤波器电路仿真
4.3 抑制基漂模块电路仿真
4.4 高阶补偿带隙基准源电路仿真
4.5 线性稳压输出仿真
4.6 整体电路仿真
4.7 本章小结
第5章 接口电路版图设计
5.1 整体版图布局
5.2 系统版图的DRC和 LVS验证
5.3 本文与其他文献电路性能参数比较
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
攻读硕士学位期间取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]可穿戴血氧芯片的抗运动干扰算法与电路设计[J]. 郑朝霞,蒋潘婷,曾小刚,夏恒炀. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]重症肺炎患者动脉血乳酸及中心静脉血氧饱和度监测的意义[J]. 刘璇,林凤,管亚慧. 当代医学. 2019(09)
[3]脉搏传感器应用的研究进展[J]. 朱耀斌,李志强,丁楠,伊寒露,沈磊,赵宇东,叶赞凯,张金蕊. 中华实用诊断与治疗杂志. 2019(03)
[4]10-4 V级微弱脉冲信号放大电路设计研究[J]. 石苗,吴永仁,管德赛,桂龙刚. 国外电子测量技术. 2019(02)
[5]一种适用于生物微传感器的接口电路设计[J]. 蓝青,吴培鹏,贝煜星,王阳. 电子技术. 2018(10)
[6]基于平滑先验法去除脉搏波基线漂移[J]. 苏志刚,吕江波,郝敬堂. 中国医学物理学杂志. 2018(10)
[7]光电容积脉搏波描记法（PPG）测试足球运动员赛时心率的准确性研究[J]. 汪雄,陈玉林,张恒亮,王垒,黄国虎,刘鸿优. 电子世界. 2018(17)
[8]近红外光谱技术在危重症患儿中的临床应用进展[J]. 高慧霞,曲东. 北京医学. 2018(07)
[9]一种心率检测仪的低功耗与抗静电设计[J]. 秦丽平,刘梦星,连仁菊,江锋,江河,叶树明. 中国医疗设备. 2018(02)
[10]巴特沃思型低通滤波器的归一化设计[J]. 汪宇,查明,李纵,王衡,刘庆. 舰船电子工程. 2018(01)
硕士论文
[1]基于RFID的脉搏血氧传感器收发机芯片研究[D]. 倪立强.天津工业大学 2018
[2]脉搏和血氧饱和度传感器芯片的研究[D]. 胡雄伟.天津工业大学 2017
[3]用于微弱生物信号检测的低功耗CMOS模拟前端设计[D]. 赵双.哈尔滨工程大学 2017
本文编号：3029452
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3029452.html
