用于心電信號(hào)采集系統(tǒng)的模擬前端電路研究.pdf

1、隨著低功耗集成電路，無(wú)線通信以及生理傳感器技術(shù)的高速發(fā)展，新一代無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)被廣泛應(yīng)用于交通流量監(jiān)控，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及人體健康監(jiān)護(hù)等領(lǐng)域，無(wú)線人體局域網(wǎng)(WBAN)是由人體表面或者體內(nèi)的各種生物傳感器以及節(jié)點(diǎn)芯片所組成的一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并且可以連接移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)更新存儲(chǔ)在云端或者大型服務(wù)器中人體的各項(xiàng)生命體征數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體健康的長(zhǎng)期持續(xù)性監(jiān)測(cè)，尤其能夠降低心血管疾病，癲癇病等突發(fā)性疾病的死亡率。便攜式或者植入式節(jié)點(diǎn)芯片

2、是無(wú)線人體局域網(wǎng)的核心，由于人體生理環(huán)境非常復(fù)雜，要求芯片必須具備體積小，功耗低，復(fù)雜度低，使用配置簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，其中用于信號(hào)采集系統(tǒng)的模擬前端電路(AFE)對(duì)系統(tǒng)噪聲，電源線干擾等非常敏感，一直是制約芯片功耗以及處理精度的關(guān)鍵因素。本文重點(diǎn)研究并設(shè)計(jì)用于心電信號(hào)(ECG)采集系統(tǒng)的模擬前端電路。
　　本文首先闡述了生物醫(yī)電信號(hào)的特點(diǎn)，生物電極的數(shù)學(xué)模型，電源線干擾以及系統(tǒng)噪聲源，并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出用于心電信號(hào)采集系統(tǒng)的模擬前端電路

3、指標(biāo)要求?；趯?duì)系統(tǒng)功耗，面積以及設(shè)計(jì)復(fù)雜度的對(duì)比分析，本文提出了一種由帶通(BPF)低噪聲運(yùn)算放大器(LNA)，Sinc型抗混疊濾波器，低功耗過(guò)采樣逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)組成的模擬前端系統(tǒng)架構(gòu)。在低噪聲運(yùn)算放大器中采用對(duì)稱(chēng)偽電阻設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)高線性度高阻值的特性，并通過(guò)斬波技術(shù)，源極退化電阻技術(shù)，電流分割技術(shù)，晶體管偏置狀態(tài)以及晶體管尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)等五個(gè)方面實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器低失調(diào)，低噪聲以及低功耗的設(shè)計(jì)要求。本文通過(guò)采用過(guò)采樣

4、設(shè)計(jì)，降低了抗混疊濾波器的指標(biāo)要求，基于開(kāi)環(huán)Gm-C積分器以及周期性電荷采樣，在采樣頻率及其整數(shù)倍處形成幅度衰減凹槽(notch)，實(shí)現(xiàn)抗混疊濾波，其中運(yùn)算跨導(dǎo)放大器采用深度負(fù)反饋環(huán)路提高線性度，增大信號(hào)輸入范圍。最后，本文通過(guò)采用電容拆分(CS)Vcm-based開(kāi)關(guān)時(shí)序，動(dòng)態(tài)比較器以及動(dòng)態(tài)控制邏輯等實(shí)現(xiàn)SAR ADC的低功耗設(shè)計(jì)。
　　本設(shè)計(jì)采用SMIC0.18μm1P6M1.8V標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝進(jìn)行流片，測(cè)試結(jié)果顯示：所設(shè)計(jì)