用于生物电信号采集的低噪声斩波稳定模拟前端的设计与实现

发布时间：2022-10-09 16:40

　　自从生物电学说建立以来,生物电信号已经成为了医疗监护与诊断的重要手段。而随着人口老龄化日益严重,传统的生物电信号采集设备已无法满足日常实时便携的监测需求,因此便携式采集设备成为了未来医疗监护系统的发展趋势。作为便携式设备中采集电极与后续电路的接口电路,模拟采集前端的性能决定着信号采集的质量。因此,生物电信号采集前端需要解决低噪声、低功耗、高输入阻抗、高共模抑制比等诸多挑战。本课题研究的主要内容是一款用于多种生物电信号的采集芯片的设计。首先,本文对生物电信号模拟采集前端进行了大量的调研,并结合生物电信号的特征,确定了电路的性能指标和电路架构。然后,本文对开环斩波稳定放大器的各个子模块进行了分析与设计,包括斩波调制器、虚拟电阻、跨导放大器以及阻抗提升回路。相较于现有研究,本文主要的创新点有:第一,放大器采用了开环全局斩波调制,有效地抑制了放大器整体的噪声与器件失配;第二,跨导放大器中采用了伪浮栅以实现输出级推挽式工作模式,增加输出级驱动能力;第三,放大器中加入阻抗提升回路以抑制斩波调制对于输入阻抗的影响,提高信号采集质量。本芯片在XFAB 0.35μm CMOS工艺下进行版图设计并流片。经... 

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与研究意义
        1.1.1 常见生物电信号简介
        1.1.2 生物电信号模拟采集前端研究意义
    1.2 生物电信号模拟采集前端研究现状
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 论文组织结构与章节安排
第二章 生物电信号模拟采集前端架构对比分析
    2.1 信号采集干扰源分析与设计指标确定
        2.1.1 采集电极的影响
        2.1.2 电源线工频干扰的影响
        2.1.3 前端采集放大器设计指标的确定
    2.2 常用采集前端架构介绍对比
        2.2.1 直流耦合放大器架构
        2.2.2 交流耦合放大器架构
        2.2.3 自动调零放大器架构
        2.2.4 斩波稳定放大器架构
        2.2.5 架构的对比与选取
    2.3 本章小结
第三章 斩波稳定放大器分析与设计
    3.1 斩波稳定技术介绍与分析
        3.1.1 斩波稳定技术的基本理论
        3.1.2 斩波技术对于放大器干扰源的影响
        3.1.3 斩波调制器位置的选择
    3.2 斩波稳定技术的不足与解决方案
        3.2.1 残余失调电压的影响
        3.2.2 高频纹波的影响
        3.2.3 斩波对输入电容的影响
    3.3 本文采用的斩波稳定放大器结构
    3.4 本章小结
第四章 开环斩波放大器的分析与设计
    4.1 斩波调制器的分析与设计
    4.2 虚拟电阻的分析与设计
    4.3 跨导放大器的分析与设计
        4.3.1 跨导放大器整体介绍
        4.3.2 跨导放大器噪声分析与斩波频率的确定
        4.3.3 亚阈值区电路的设计方法
        4.3.4 跨导放大器的具体设计
    4.4 阻抗提升回路的分析与设计
    4.5 开环斩波稳定放大器前仿结果
    4.6 本章小结
第五章 芯片版图设计、测试与电路改进
    5.1 芯片版图设计
    5.2 芯片后仿结果
    5.3 芯片测试与结果分析
    5.4 斩波稳定放大器的改进
        5.4.1 虚拟电阻的改进
        5.4.2 跨导放大器的改进
        5.4.3 版图设计与仿真结果
    5.5 电路性能参数比较
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要工作与创新点
    6.2 不足与展望
    6.3 本章小结
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文



本文编号：3688988