便携式心电信号采集电路的研究与设计
发布时间：2022-10-21 11:36
近年来,生物医学芯片成为了集成电路领域的研究热点,而生物电信号采集模拟前端电路作为生物医学信号检测系统的重要组成部分,其性能直接影响着整个系统的精确性和有效性。本文通过分析心电信号的特征及采集电极的特点,设计了一种具有便携式、低功耗和低噪声的心电信号采集模拟前端电路。本文所设计的心电（Electrocardiography,ECG）信号采集模拟前端电路主要包含仪表放大器、运算放大器、右腿驱动放大器和基准电流源等模块。仪表放大器采用间接电流反馈式架构,其核心电路采用差分折叠式共源共栅（cascode）结构,输入对管采用了互补CMOS输入对,可实现轨到轨的共模输入范围,同时提高了电源利用率,并降低了外界噪声干扰。此外,针对因采集环境及采集个体不同而导致的心电幅值的微小变化,设计了一种采用了Sallen-Key拓扑结构的运算放大器,通过改变其中的可调电阻实现了增益以2.5倍的步进均匀可调。为了进一步改善系统的共模抑制比,本文设计了具备积分器功能的右腿驱动电路,以及带温度补偿的基准电流源电路,可为主体放大器电路提供稳定的偏置电流。基于0.18μm CMOS工艺对所提出的心电采集模拟前端电路进行...
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 主要工作及结构安排
第二章 心电信号采集电路系统原理与设计分析
2.1 心电信号概述
2.1.1 心电信号的产生
2.1.2 心电信号的特征
2.2 心电信号采集电极简介
2.2.1 采集电极的种类及特征
2.2.2 电极等效电路模型
2.3 心电信号采集电路设计要求
2.3.1 心电信号采集面临的挑战
2.3.2 电路设计考虑
2.3.3 电路设计指标
2.3.4 电路系统架构分析
2.4 本章小结
第三章 仪表放大器电路设计
3.1 仪表放大器的基本原理及常见结构
3.1.1 仪表放大器的基本原理
3.1.2 仪表放大器的常见结构
3.2 仪表放大器的核心电路
3.2.1 仪表放大器的系统结构
3.2.2 仪表放大器的设计指标
3.2.3 输入级跨导放大器
3.2.4 增益级放大器
3.3 基准电流源
3.4 本章小结
第四章 运算放大器及右腿驱动放大器设计
4.1 运算放大器的基本原理及常见结构
4.1.1 运算放大器的基本原理
4.1.2 运算放大器的常见结构
4.2 运算放大器核心电路
4.2.1 运算放大器的设计指标
4.2.2 输入级设计
4.2.3 轨到轨输出级设计
4.2.4 Sallen-Key拓扑结构
4.3 右腿驱动放大器
4.4 本章小结
第五章 心电信号采集电路版图绘制及性能仿真
5.1 版图设计规则分析
5.2 心电信号采集电路的整体版图
5.3 仪表放大器的仿真分析
5.4 运算放大器及右腿驱动放大器仿真分析
5.4.1 运算放大器的仿真分析
5.4.2 右腿驱动放大器的仿真分析
5.5 心电信号采集电路系统仿真分析
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种低噪声心电信号采集模拟前端电路设计[J]. 张瑛,耿萧,李鑫,李泽有. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2018(04)
[2]心电检测用织物电极的研究进展[J]. 温东伟,杨昆. 纺织导报. 2018(03)
[3]《中国心血管病报告2017》概要[J]. 陈伟伟,高润霖,刘力生,朱曼璐,王文,王拥军,吴兆苏,李惠君,顾东风,杨跃进,郑哲,蒋立新,胡盛寿. 中国循环杂志. 2018(01)
[4]利用右腿驱动技术的心电信号模拟前端设计[J]. 杨正,王静敏,朱樟明,杨银堂. 西安电子科技大学学报. 2016(04)
[5]集成电路版图设计技巧[J]. 孙丽莉,史小波. 电子世界. 2016(09)
[6]生物医用电极制造技术及应用研究进展[J]. 周伟,刘伟,邱清富,刘瑞亮,蒋乐伦,宋嵘. 科学通报. 2015(15)
[7]仪表放大器的构建策略浅析[J]. 李研达. 内江科技. 2009(04)
[8]一种齐纳二极管控制式轨对轨CMOS运算放大器[J]. 程梦璋,景为平. 电子器件. 2007(02)
[9]双运放仪表放大器[J]. 刘江,王志欣,孙以材. 半导体技术. 2002(05)
博士论文
[1]小功率型音频子系统噪声抑制技术的研究[D]. 王海时.电子科技大学 2013
硕士论文
[1]低功耗、高精度、宽共模输入范围仪表放大器的研究与设计[D]. 李乐乐.复旦大学 2013
本文编号：3695556
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 主要工作及结构安排
第二章 心电信号采集电路系统原理与设计分析
2.1 心电信号概述
2.1.1 心电信号的产生
2.1.2 心电信号的特征
2.2 心电信号采集电极简介
2.2.1 采集电极的种类及特征
2.2.2 电极等效电路模型
2.3 心电信号采集电路设计要求
2.3.1 心电信号采集面临的挑战
2.3.2 电路设计考虑
2.3.3 电路设计指标
2.3.4 电路系统架构分析
2.4 本章小结
第三章 仪表放大器电路设计
3.1 仪表放大器的基本原理及常见结构
3.1.1 仪表放大器的基本原理
3.1.2 仪表放大器的常见结构
3.2 仪表放大器的核心电路
3.2.1 仪表放大器的系统结构
3.2.2 仪表放大器的设计指标
3.2.3 输入级跨导放大器
3.2.4 增益级放大器
3.3 基准电流源
3.4 本章小结
第四章 运算放大器及右腿驱动放大器设计
4.1 运算放大器的基本原理及常见结构
4.1.1 运算放大器的基本原理
4.1.2 运算放大器的常见结构
4.2 运算放大器核心电路
4.2.1 运算放大器的设计指标
4.2.2 输入级设计
4.2.3 轨到轨输出级设计
4.2.4 Sallen-Key拓扑结构
4.3 右腿驱动放大器
4.4 本章小结
第五章 心电信号采集电路版图绘制及性能仿真
5.1 版图设计规则分析
5.2 心电信号采集电路的整体版图
5.3 仪表放大器的仿真分析
5.4 运算放大器及右腿驱动放大器仿真分析
5.4.1 运算放大器的仿真分析
5.4.2 右腿驱动放大器的仿真分析
5.5 心电信号采集电路系统仿真分析
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种低噪声心电信号采集模拟前端电路设计[J]. 张瑛,耿萧,李鑫,李泽有. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2018(04)
[2]心电检测用织物电极的研究进展[J]. 温东伟,杨昆. 纺织导报. 2018(03)
[3]《中国心血管病报告2017》概要[J]. 陈伟伟,高润霖,刘力生,朱曼璐,王文,王拥军,吴兆苏,李惠君,顾东风,杨跃进,郑哲,蒋立新,胡盛寿. 中国循环杂志. 2018(01)
[4]利用右腿驱动技术的心电信号模拟前端设计[J]. 杨正,王静敏,朱樟明,杨银堂. 西安电子科技大学学报. 2016(04)
[5]集成电路版图设计技巧[J]. 孙丽莉,史小波. 电子世界. 2016(09)
[6]生物医用电极制造技术及应用研究进展[J]. 周伟,刘伟,邱清富,刘瑞亮,蒋乐伦,宋嵘. 科学通报. 2015(15)
[7]仪表放大器的构建策略浅析[J]. 李研达. 内江科技. 2009(04)
[8]一种齐纳二极管控制式轨对轨CMOS运算放大器[J]. 程梦璋,景为平. 电子器件. 2007(02)
[9]双运放仪表放大器[J]. 刘江,王志欣,孙以材. 半导体技术. 2002(05)
博士论文
[1]小功率型音频子系统噪声抑制技术的研究[D]. 王海时.电子科技大学 2013
硕士论文
[1]低功耗、高精度、宽共模输入范围仪表放大器的研究与设计[D]. 李乐乐.复旦大学 2013
本文编号：3695556
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3695556.html
