發(fā)布時(shí)間：2017-08-20 05:15

  本文關(guān)鍵詞：心電信號(hào)采集芯片的模擬前端設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 可穿戴 心電信號(hào) 模擬前端 低噪聲 高輸入阻抗

【摘要】：近年來(lái),醫(yī)學(xué)的發(fā)展要求醫(yī)療設(shè)備能對(duì)突發(fā)疾病進(jìn)行提早診斷和及時(shí)治療,并且實(shí)時(shí)監(jiān)控患者的健康狀況。為了滿(mǎn)足這一迫切需求,可穿戴式醫(yī)療設(shè)備的研究變得越來(lái)越受人們關(guān)注,因?yàn)檫@種設(shè)備允許患者能夠隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)自己的身體狀態(tài)。半導(dǎo)體技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)的結(jié)合使得生物醫(yī)學(xué)芯片應(yīng)運(yùn)而生,它不僅為病患和醫(yī)護(hù)人員之間提供橋梁,而且很大程度上改善了醫(yī)學(xué)設(shè)備的便攜性和精確性,為可穿戴式醫(yī)療設(shè)備提供優(yōu)良的解決方案。本文通過(guò)對(duì)心電信號(hào)特點(diǎn)及采集環(huán)境的分析,探討了心電信號(hào)模擬前端電路的整體要求,研究了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案后提出了一款低噪聲、低功耗、高輸入阻抗、可調(diào)增益的心電信號(hào)采集芯片模擬前端電路。該電路由前置放大器、可調(diào)增益級(jí)、第二代電流傳輸結(jié)構(gòu)低通濾波器、右腿驅(qū)動(dòng)電路、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)電路等核心模塊構(gòu)成,采用SMIC0.18μm工藝進(jìn)行設(shè)計(jì),電源電壓1.2V,設(shè)計(jì)基于電容耦合-交流反饋結(jié)構(gòu)的前置放大器,得到了較好的共模抑制效果,同時(shí)采用了全差分反相器輸入運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu),在保證低噪聲和低功耗的前提下較好的實(shí)現(xiàn)了心電信號(hào)的采集和放大,前置放大器消耗電流僅為400nA,仿真結(jié)果顯示頻率范圍內(nèi)輸入?yún)⒖荚肼晝H為2.42μV,在此基礎(chǔ)上,本文還在前置放大器環(huán)路中加入了電容正反饋,極大地改善了輸入阻抗,對(duì)比未加入正反饋前提高了約100倍,達(dá)到了2.4 GΩ,提升了采集信號(hào)的強(qiáng)度,根據(jù)心電信號(hào)的頻率范圍,設(shè)計(jì)帶寬范圍為0.5-150Hz,可有效抑制帶外噪聲,同時(shí)電路增益被設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)的,用以滿(mǎn)足芯片對(duì)不同采集環(huán)境的適應(yīng)能力,右腿驅(qū)動(dòng)電路有效地抑制人體的共模噪聲,提高了共模抑制比,導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)電路用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)導(dǎo)聯(lián)的連接狀態(tài)是否正常,整個(gè)芯片功耗電流為70μA,芯片面積僅為0.35mm2,較傳統(tǒng)芯片減少了約30%,各項(xiàng)參數(shù)基本滿(mǎn)足心電信號(hào)的采集要求。
【關(guān)鍵詞】：可穿戴 心電信號(hào) 模擬前端 低噪聲 高輸入阻抗
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：R197.39
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符號(hào)對(duì)照表10-11
• 縮略語(yǔ)對(duì)照表11-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 論文的研究背景及意義14-16
• 1.2 生物醫(yī)學(xué)芯片的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 論文的主要工作以及結(jié)構(gòu)安排19-22
• 1.3.1 論文的主要工作19-21
• 1.3.2 論文的結(jié)構(gòu)安排21-22
• 第二章 模擬前端電路設(shè)計(jì)需求分析22-28
• 2.1 心電信號(hào)分析22-23
• 2.2 采樣生物電極及電路模型23-25
• 2.3 模擬前端電路設(shè)計(jì)考慮25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第三章 電路的優(yōu)化分析28-34
• 3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分析28-29
• 3.2 模擬前端電路核心子模塊設(shè)計(jì)分析29-32
• 3.2.1 前置放大器設(shè)計(jì)分析29-30
• 3.2.2 增益級(jí)設(shè)計(jì)分析30-31
• 3.2.3 濾波器設(shè)計(jì)分析31-32
• 3.3 芯片系統(tǒng)其他優(yōu)化方案考慮32
• 3.4 本章小結(jié)32-34
• 第四章 模擬前端核心電路的設(shè)計(jì)34-56
• 4.1 模擬前端電路的系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)計(jì)指標(biāo)分析34-35
• 4.2 前置放大模塊的設(shè)計(jì)35-40
• 4.2.1 環(huán)路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35-37
• 4.2.2 放大器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37-40
• 4.3 可調(diào)增益級(jí)的設(shè)計(jì)40-41
• 4.4 濾波器的設(shè)計(jì)41-45
• 4.4.1 OTA結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42-43
• 4.4.2 濾波器結(jié)構(gòu)43-45
• 4.5 電壓基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)45-49
• 4.5.1 帶隙基準(zhǔn)源的理論分析46
• 4.5.2 電壓基準(zhǔn)電路的主要參數(shù)指標(biāo)46-47
• 4.5.3 帶隙基準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)47-49
• 4.6 其它模塊的原理及設(shè)計(jì)49-51
• 4.6.1 右腿驅(qū)動(dòng)電路49-50
• 4.6.2 導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)電路50-51
• 4.7 整體系統(tǒng)的仿真分析51-55
• 4.8 本章小結(jié)55-56
• 第五章 芯片版圖設(shè)計(jì)56-64
• 5.1 版圖設(shè)計(jì)工具56
• 5.2 模擬前端電路版圖設(shè)計(jì)56-62
• 5.2.1 版圖設(shè)計(jì)中的效應(yīng)分析57-59
• 5.2.2 版圖設(shè)計(jì)中的匹配技巧59-62
• 5.3 本章小結(jié)62-64
• 第六章 總結(jié)與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-72
• 作者簡(jiǎn)介72-73

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本文編號(hào)：704782