近年來,生物醫(yī)學(xué)芯片成為了集成電路領(lǐng)域的研究熱點,而生物電信號采集模擬前端電路作為生物醫(yī)學(xué)信號檢測系統(tǒng)的重要組成部分,其性能直接影響著整個系統(tǒng)的精確性和有效性。本文通過分析心電信號的特征及采集電極的特點,設(shè)計了一種具有便攜式、低功耗和低噪聲的心電信號采集模擬前端電路。本文所設(shè)計的心電（Electrocardiography,ECG）信號采集模擬前端電路主要包含儀表放大器、運算放大器、右腿驅(qū)動放大器和基準電流源等模塊。儀表放大器采用間接電流反饋式架構(gòu),其核心電路采用差分折疊式共源共柵（cascode）結(jié)構(gòu),輸入對管采用了互補CMOS輸入對,可實現(xiàn)軌到軌的共模輸入范圍,同時提高了電源利用率,并降低了外界噪聲干擾。此外,針對因采集環(huán)境及采集個體不同而導(dǎo)致的心電幅值的微小變化,設(shè)計了一種采用了Sallen-Key拓撲結(jié)構(gòu)的運算放大器,通過改變其中的可調(diào)電阻實現(xiàn)了增益以2.5倍的步進均勻可調(diào)。為了進一步改善系統(tǒng)的共模抑制比,本文設(shè)計了具備積分器功能的右腿驅(qū)動電路,以及帶溫度補償?shù)幕鶞孰娏髟措娐?可為主體放大器電路提供穩(wěn)定的偏置電流�；�0.18μm CMOS工藝對所提出的心電采集模擬前端電路進行... 

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
專用術(shù)語注釋表
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 主要工作及結(jié)構(gòu)安排
第二章 心電信號采集電路系統(tǒng)原理與設(shè)計分析
    2.1 心電信號概述
        2.1.1 心電信號的產(chǎn)生
        2.1.2 心電信號的特征
    2.2 心電信號采集電極簡介
        2.2.1 采集電極的種類及特征
        2.2.2 電極等效電路模型
    2.3 心電信號采集電路設(shè)計要求
        2.3.1 心電信號采集面臨的挑戰(zhàn)
        2.3.2 電路設(shè)計考慮
        2.3.3 電路設(shè)計指標
        2.3.4 電路系統(tǒng)架構(gòu)分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 儀表放大器電路設(shè)計
    3.1 儀表放大器的基本原理及常見結(jié)構(gòu)
        3.1.1 儀表放大器的基本原理
        3.1.2 儀表放大器的常見結(jié)構(gòu)
    3.2 儀表放大器的核心電路
        3.2.1 儀表放大器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
        3.2.2 儀表放大器的設(shè)計指標
        3.2.3 輸入級跨導(dǎo)放大器
        3.2.4 增益級放大器
    3.3 基準電流源
    3.4 本章小結(jié)
第四章 運算放大器及右腿驅(qū)動放大器設(shè)計
    4.1 運算放大器的基本原理及常見結(jié)構(gòu)
        4.1.1 運算放大器的基本原理
        4.1.2 運算放大器的常見結(jié)構(gòu)
    4.2 運算放大器核心電路
        4.2.1 運算放大器的設(shè)計指標
        4.2.2 輸入級設(shè)計
        4.2.3 軌到軌輸出級設(shè)計
        4.2.4 Sallen-Key拓撲結(jié)構(gòu)
    4.3 右腿驅(qū)動放大器
    4.4 本章小結(jié)
第五章 心電信號采集電路版圖繪制及性能仿真
    5.1 版圖設(shè)計規(guī)則分析
    5.2 心電信號采集電路的整體版圖
    5.3 儀表放大器的仿真分析
    5.4 運算放大器及右腿驅(qū)動放大器仿真分析
        5.4.1 運算放大器的仿真分析
        5.4.2 右腿驅(qū)動放大器的仿真分析
    5.5 心電信號采集電路系統(tǒng)仿真分析
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文
附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間申請的專利
附錄3 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]心電檢測用織物電極的研究進展[J]. 溫東偉,楊昆.  紡織導(dǎo)報. 2018(03)
[3]《中國心血管病報告2017》概要[J]. 陳偉偉,高潤霖,劉力生,朱曼璐,王文,王擁軍,吳兆蘇,李惠君,顧東風(fēng),楊躍進,鄭哲,蔣立新,胡盛壽.  中國循環(huán)雜志. 2018(01)
[4]利用右腿驅(qū)動技術(shù)的心電信號模擬前端設(shè)計[J]. 楊正,王靜敏,朱樟明,楊銀堂.  西安電子科技大學(xué)學(xué)報. 2016(04)
[5]集成電路版圖設(shè)計技巧[J]. 孫麗莉,史小波.  電子世界. 2016(09)
[6]生物醫(yī)用電極制造技術(shù)及應(yīng)用研究進展[J]. 周偉,劉偉,邱清富,劉瑞亮,蔣樂倫,宋嶸.  科學(xué)通報. 2015(15)
[7]儀表放大器的構(gòu)建策略淺析[J]. 李研達.  內(nèi)江科技. 2009(04)
[8]一種齊納二極管控制式軌對軌CMOS運算放大器[J]. 程夢璋,景為平.  電子器件. 2007(02)
[9]雙運放儀表放大器[J]. 劉江,王志欣,孫以材.  半導(dǎo)體技術(shù). 2002(05)

博士論文
[1]小功率型音頻子系統(tǒng)噪聲抑制技術(shù)的研究[D]. 王海時.電子科技大學(xué) 2013

碩士論文
[1]低功耗、高精度、寬共模輸入范圍儀表放大器的研究與設(shè)計[D]. 李樂樂.復(fù)旦大學(xué) 2013



本文編號：3695556