微弱信號采集的前置放大器設計與研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，微弱信號的采集與分析技術逐漸成熟，促進了國防科技，生物醫(yī)學，工業(yè)應用以及各基礎學科領域的技術進步。微弱信號通過各類傳感器轉(zhuǎn)換為電學信號，但傳感器輸出的信號通常微弱且頻率較低，需要一個高性能的模擬前端鏈路來處理信號，它是微弱信號采集系統(tǒng)的核心模塊。自然界中的低頻微弱信號種類眾多，本文將以典型的生物醫(yī)學信號作為研究對象進行電路設計。
　　本文以有效提取生物醫(yī)學信號為目的，致力于設計一個低噪聲，低功耗和低芯片面積

2、的模擬CMOS前置放大電路。由于生物醫(yī)學信號因個體差異和采集環(huán)境不同會導致其幅度存在較大差異，本文將設計一個電阻式可變增益放大器，利用可變增益放大器增益可調(diào)的特性，來針對不同的生物醫(yī)學信號選用不同的增益實現(xiàn)放大，放大器能夠分別實現(xiàn)對腦電信號的100倍放大和神經(jīng)信號的1000倍放大。為了提高電路的電源電壓抑制比，并抑制采樣傳感器帶來的直流漂移電壓，本文引進著名的“交流耦合-電容反饋”儀表放大電路，它使用電容和高阻抗的NMOS電阻，產(chǎn)生帶通

3、濾波效果，還可以去除低頻和高頻的噪聲。
　　整體的前置放大電路由可變增益放大器和儀表放大器級聯(lián)而成，本文將分別探討不同級聯(lián)架構(gòu)的性能，并針對幅度在0.5Hz-1kHz的生物醫(yī)學信號，例如人體的心電信號，采取最適合的儀表放大器級聯(lián)可變增益放大器的架構(gòu)，該架構(gòu)可以實現(xiàn)對信號的1000倍放大，并能達到良好的性能指標。本文提出的模擬前置放大電路工作電壓為1V，采用0.18μm CMOS工藝，使用Hspice工具進行仿真，整體電路平均消耗功