本文關鍵詞：低功耗心電信號預處理電路的研究與設計

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【摘要】：近十年來,隨著環(huán)境的惡化和物質生活水平的提高,人們越來越關注自身和家人的身體健康狀況,集成電路和醫(yī)學工程的迅猛發(fā)展為此提供了良好的解決方案——生物醫(yī)學芯片。心電信號是生物醫(yī)學信號里最重要的信號之一,能實時的反應人體的健康狀況,所以監(jiān)測心電信號能有效的將人體的實時狀態(tài)數(shù)字化的體現(xiàn)出來。低功耗的心電信號預處理電路是個人健康信息采集系統(tǒng)的最前端為最關鍵的模塊之一。基于此,本文在對心電信號的特征和其復雜的采集環(huán)境的分析的基礎上,采用了低功耗低噪聲技術,設計了一款用于體域網(Body Area Network,BAN)的低功耗心電信號預處理電路。主要包括以下內容:首先,采用偽電阻技術、T型反饋回路、亞閾值和電流平衡放大技術,設計了交流耦合電容反饋式和高共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio,CMRR)前置放大器,并采用SMIC 0.18μm CMOS工藝對所設計的前置放大器進行了仿真。仿真結果顯示,所設計的低功耗低噪聲放大器等效輸入噪聲在大于0.1Hz時小于1.72μV/Hz,交流耦合電容反饋式放大器在通帶內放大倍數(shù)為39.8倍,高CMRR前置放大器在低頻處的CMRR為117dB。其次,在分析集成濾波器電路設計方法的基礎上,分別設計了二階有源帶通濾波器、gmC高階帶通濾波器、有源型50Hz陷波濾波器和gmC型50Hz陷波濾波器,并采用SMIC 0.18μm CMOS工藝對所設計的濾波器進行了仿真。仿真結果顯示,有源型帶通濾波器的帶通頻率范圍為0.1Hz-158.3Hz,gmC型50Hz陷波濾波器的中心陷波頻率為50Hz,衰減幅度為-44dB。最后,本文對帶二階帶隙基準的線性穩(wěn)壓器偏置電路和增益可調推挽輸出后級放大器等心電信號預處理電路的核心模塊進行了設計,并結合本文所設計的低噪聲低功耗高CMRR前置放大器以及二階有源帶通和gmC型50Hz陷波濾波器,設計給出了一款低功耗心電信號預處理電路,并采用SMIC 0.18μm CMOS工藝對所設計心電信號預處理電路進行仿真驗證。仿真結果表明,采用1.8V單電源供電,平均功耗約為1.46μW。通帶頻率范圍為0.066Hz-154.6Hz,中心陷波頻率為50Hz,其衰減幅度為-48.9dB,默認通帶放大倍數(shù)為45.9dB,輸入等效噪聲小于40μV/Hz。能實現(xiàn)放大心電信號和濾除其他干擾的作用,基本滿足應用于BAN的心電信號采集系統(tǒng)的要求。
【關鍵詞】：心電信號 低功耗 BAN 陷波器 帶隙基準 預處理
【學位授予單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.7;TN702
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 心電信號預處理電路國內外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 主要工作和結構安排14-15
• 第2章 心電信號預處理電路的性能分析15-32
• 2.1 心電信號及采集電極簡介15-19
• 2.1.1 心電信號簡介15-16
• 2.1.2 采集電極16-19
• 2.2 心電信號預處理電路的難點19-22
• 2.3.1 心電信號自身特性的影響19
• 2.3.2 失調電壓的影響19-20
• 2.3.3 其他干擾的影響20-22
• 2.3.4 低功耗的應用要求22
• 2.3 心電信號預處理電路的性能分析22-31
• 2.3.1 心電信號預處理電路的性能分析22-23
• 2.3.2 噪聲源及噪聲類型23-26
• 2.3.3 低噪聲設計分析26-27
• 2.3.4 低失調電壓設計分析27-31
• 2.4 本章小結31-32
• 第3章 心電信號預處理的前置放大器子電路設計32-48
• 3.1 儀表放大器及“交流耦合電容反饋式”放大器分析32-33
• 3.2“交流耦合電容反饋式”放大器的電路設計33-43
• 3.2.1 高阻值的偽電阻設計34-35
• 3.2.2 低噪聲低功耗放大器的設計35-39
• 3.2.3 交流耦合電容反饋式放大器電路設計39-42
• 3.2.4 交流耦合電容反饋式放大器版圖設計及仿真驗證42-43
• 3.3 高CMRR放大器的設計43-47
• 3.3.1 高CMRR放大器的電路設計43-45
• 3.3.2 高CMRR放大器的版圖設計及仿真驗證45-47
• 3.4 本章小結47-48
• 第4章 心電信號預處理的帶通及陷波濾波器子電路設計48-58
• 4.1 帶通濾波器設計48-53
• 4.1.1 二階有源帶通濾波器設計48-51
• 4.1.2 高階gmC帶通濾波器設計51-53
• 4.2 陷波濾波器設計53-57
• 4.2.1 有源型陷波濾波器設計53-55
• 4.2.2 gmC型陷波濾波器設計55-57
• 4.3 本章小結57-58
• 第5章 心電信號預處理電路總體電路設計58-81
• 5.1 低功耗心電信號預處理電路的整體電路設計58-59
• 5.2 電流偏置及電壓偏置59-71
• 5.2.1 電流偏置設計59-60
• 5.2.2 電壓偏置設計60-71
• 5.3 后級放大器設計71-76
• 5.3.1 Class-AB型輸出放大器設計71-74
• 5.3.2 增益可調后級放大器設計74-76
• 5.4 低功耗心電信號預處理電路的整體版圖設計及電路仿真76-80
• 5.5 本章小結80-81
• 第6章 全文工作總結與展望81-83
• 6.1 全文工作總結81-82
• 6.2 工作展望82-83
• 參考文獻83-88
• 致謝88-89
• 攻讀碩士學位期間從事的科研工作及取得的成果89

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王娟;陳皇宇;;基于智能健康管理系統(tǒng)新模式的進展與趨勢[J];微型電腦應用;2012年01期

2 桂靜宜;;二階有源低通濾波電路的設計與分析[J];電子科技;2010年10期

3 魏彬;賈存良;;腦電信號預處理電路的設計[J];中國組織工程研究與臨床康復;2007年22期

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本文編號：1122386