對于慢性疾病來說,可穿戴式醫(yī)療設(shè)備的監(jiān)控十分有效和及時,所以得到了越來越多的關(guān)注,而影響可穿戴式醫(yī)療設(shè)備的關(guān)鍵模塊便是模擬前端的儀表放大器的性能。所以模擬前端應(yīng)該被認(rèn)真地設(shè)計以滿足生物電信號的信號特征,它的輸入阻抗和共模抑制比應(yīng)該比較高,功耗應(yīng)當(dāng)比較低。目前大部分設(shè)計的輸入阻抗都比較有限,對于共模抑制比和抑制電極失配的效果都較為一般。由于交流耦合型儀表放大器沒有使用斬波器,不會引入電流噪聲,而且功耗也較低,滿足本論文的設(shè)計需求,因此本論文采用交流耦合型儀表放大器來實現(xiàn)功能。但是交流耦合型儀表放大器存在著高阻抗的負(fù)反饋電阻帶來的低頻閃爍噪聲問題和輸入阻抗很低的問題,為了提高輸入阻抗以提高電路的共模抑制比和增強(qiáng)電路從電極獲取生物信號的能力,所以本論文針對儀表放大器的輸入阻抗而提出了一種采用片上自校準(zhǔn)技術(shù)的交流耦合型儀表放大器。在完成了對片上自校準(zhǔn)算法的建模與設(shè)計中的傳輸函數(shù)分析,輸入阻抗的構(gòu)成分析和儀表放大器中的難點分析之后,在0.18μm工藝下設(shè)計并完成了采用片上自校準(zhǔn)技術(shù)的交流耦合儀表放大器(AC-Coupled Instrumentation Amplifier,IA),它的供電電源...

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
    1.3 論文結(jié)構(gòu)與安排
第二章 生物電信號采集系統(tǒng)概述
    2.1 人體生物電信號
        2.1.1 腦電信號(EEG,EcoG和 LFP)
        2.1.2 心電圖(ECG)
        2.1.3 肌電圖(EMG)
        2.1.4 眼電圖(EOG)
        2.1.5 皮膚電活動(EDA)
    2.2 生物醫(yī)療電極概述
        2.2.1 濕電極
        2.2.2 干電極
        2.2.3 容性電極
        2.2.4 非接觸式電極
    2.3 儀表放大器概述
        2.3.1 儀表放大器的性能指標(biāo)
            2.3.1.1 輸入阻抗
            2.3.1.2 輸入失調(diào)電壓
            2.3.1.3 輸入噪聲
            2.3.1.4 共模抑制比
            2.3.1.5 帶寬
            2.3.1.6 功率
            2.3.1.7 噪聲效率因子
        2.3.2 儀表放大器的常見結(jié)構(gòu)
            2.3.2.1 三運(yùn)放結(jié)構(gòu)
            2.3.2.2 開關(guān)電容結(jié)構(gòu)
            2.3.2.3 電容耦合斬波型結(jié)構(gòu)
            2.3.2.4 電流反饋結(jié)構(gòu)
            2.3.2.5 電流模式結(jié)構(gòu)
            2.3.2.6 交流耦合結(jié)構(gòu)
        2.3.3 儀表放大器中的非理想因素
            2.3.3.1 失調(diào)電壓
            2.3.3.2 閃爍噪聲
            2.3.3.3 漂移
            2.3.3.4 運(yùn)動偽跡
            2.3.3.5 有限的輸入阻抗
            2.3.3.6 有限的共模抑制比
            2.3.3.7 電流噪聲
        2.3.4 抑制失調(diào)的技術(shù)
            2.3.4.1 微調(diào)技術(shù)
            2.3.4.2 斬波技術(shù)
            2.3.4.3 自調(diào)零技術(shù)
    2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器概述
    2.5 本章總結(jié)
第三章 模擬前端電路的設(shè)計
    3.1 典型的交流耦合型結(jié)構(gòu)
    3.2 交流耦合結(jié)構(gòu)中跨導(dǎo)放大器的實現(xiàn)
        3.2.1 采用折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)的原因
        3.2.2 折疊式共源共柵跨導(dǎo)放大器的設(shè)計
            3.2.2.1 跨導(dǎo)放大器的低頻增益與增益帶寬積
            3.2.2.2 共模負(fù)反饋的實現(xiàn)
            3.2.2.3 噪聲分析
    3.3 偽電阻的實現(xiàn)
    3.4 輸入阻抗的提升
        3.4.1 正反饋環(huán)路
        3.4.2 正反饋環(huán)路中的問題
    3.5 本章總結(jié)
第四章 采用自校準(zhǔn)技術(shù)的儀表放大器實現(xiàn)
    4.1 高輸入阻抗的實現(xiàn)
        4.1.1 應(yīng)用于片外電容的補(bǔ)償?shù)挠性雌帘?br>        4.1.2 應(yīng)用于片上電容的自校準(zhǔn)補(bǔ)償技術(shù)
            4.1.2.1 交流耦合結(jié)構(gòu)中的正反饋通路
            4.1.2.2 片上自校準(zhǔn)的引入
    4.2 片上自校準(zhǔn)技術(shù)的實現(xiàn)
        4.2.1 校準(zhǔn)操作模式的分析
            4.2.1.1 校準(zhǔn)操作中儀表放大器的傳輸函數(shù)
            4.2.1.2 校準(zhǔn)操作模式輸出信號與正反饋電容的關(guān)系
            4.2.1.3 校準(zhǔn)信號的實現(xiàn)
            4.2.1.4 自校準(zhǔn)算法的實現(xiàn)
        4.2.2 校準(zhǔn)后放大模式的分析
            4.2.2.1 校準(zhǔn)后放大模式中傳輸函數(shù)的分析
            4.2.2.2 輸入阻抗的分析
    4.3 仿真結(jié)果
        4.3.1 折疊式共源共柵跨導(dǎo)放大器的仿真
            4.3.1.1 直流工作點仿真
            4.3.1.2 交流仿真
        4.3.2 儀表放大器的校準(zhǔn)模式的仿真
            4.3.2.1 校準(zhǔn)操作的輸出信號的瞬態(tài)仿真
            4.3.2.2 正反饋電容陣列控制信號與標(biāo)志位的瞬態(tài)仿真
        4.3.3 儀表放大器的校準(zhǔn)后放大模式的仿真
            4.3.3.1 交流仿真
            4.3.3.2 噪聲仿真
            4.3.3.3 輸入阻抗仿真
            4.3.3.4 共模抑制比仿真
        4.3.4 性能總結(jié)
    4.4 本章總結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 工作總結(jié)
    5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果



本文編號：3754660