本文關鍵詞：低功耗寬供電范圍CMOS生理信號檢測前端研究與設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：生理電信號包含著人體眾多的生理信息,對生理電信號的提取、處理和顯示對臨床醫(yī)學有重要的指導意義,同時在運動健康方面也可以為人們提供借鑒作用。鑒于生理電信號幅度小、噪聲強的特點,與生理電信號傳感器直接連接的前端電路需要具備高增益、低噪聲的特點。另一方面,針對便攜式健康電子產(chǎn)品,其供電一般采用體積較小的紐扣電池,為了延長電池的使用時間,需要低功耗、寬供電范圍的前端電路。本論文主要面向便攜式腕式脈搏檢測及心電監(jiān)測設備,開展低功耗、寬供電范圍CMOS前端電路的研究。論文在實現(xiàn)模擬前端集成電路低功耗、低噪聲和寬供電范圍等方面的理論、方法與電路結構進行了創(chuàng)新性的探索,包括以下三個方面:1.結合生理電信號的特點,為了獲得足夠低的高通極點,采用了MOS偽電阻技術,為了克服二極管連接的MOS偽電阻技術由于工藝偏差易形成過長的時間常數(shù),使得放大器的建立時間變慢的缺點,本論文采用柵壓可控的MOS偽電阻技術,實現(xiàn)了在獲得足夠等效電阻的前提下又不影響放大器建立時間的優(yōu)點;2.為了使跨導最大化,采用了弱反型區(qū)偏置技術,在降低功耗的同時提高放大器閉環(huán)增益的放大精度,同時有利于降低OTA的等效輸入噪聲;3.為了實現(xiàn)寬供電范圍的性能要求,創(chuàng)新性地提出了與電源電壓成比例的偏置方法。整個前端電路包括前置放大器、儀表放大器、低通濾波器和基準電流源。論文采用0.18μm 1P6M N-Well標準CMOS工藝對所研究的前端電路進行了電路設計、電路系統(tǒng)前仿真、版圖設計、MPW流片以及芯片測試驗證。芯片測試結果為:供電電壓范圍為1.34V~3.3V,所消耗的電流范圍是65μA~116μA,整個前端電路提供45.8d B的增益,帶寬是1Hz~5.7KHz,帶內等效輸入?yún)⒖荚肼曤妷簽?.7μV_rms,共模抑制比以及電源抑制比均大于90d B。整個芯片核心電路的面積約為0.31mm2。芯片測試結果表明該芯片可以有效的對心電信號(ECG)、腦電信號(EEG)、脈搏信號等生理電信號進行放大、濾波處理,供電范圍寬、功耗低,可較好地應用于腕式脈搏檢測設備以及心電監(jiān)測設備。
【關鍵詞】：生理電信號 低功耗 寬供電范圍 低噪聲 CMOS 前端電路
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R318;TN911.23
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究意義11-12
• 1.3 研究現(xiàn)狀12-16
• 1.4 論文研究內容及組織結構16-17
• 1.5 本章小結17-18
• 第二章 生理電信號特征及電路系統(tǒng)設計18-24
• 2.1 生理電信號的特點18-19
• 2.2 電路系統(tǒng)設計19-23
• 2.2.1 前置放大器設計考慮20-21
• 2.2.2 儀表放大器設計考慮21-23
• 2.2.3 低通濾波器設計考慮23
• 2.3 本章小結23-24
• 第三章 模擬前端芯片各模塊的設計與仿真24-55
• 3.1 交流耦合-電容反饋式前置放大器的分析與設計24-39
• 3.1.1 前置放大器的主要指標分析24-26
• 3.1.2 基本電路結構26-29
• 3.1.3 MOS偽電阻技術29-30
• 3.1.4 運算跨導放大器設計與弱反型區(qū)偏置技術30-35
• 3.1.5 噪聲分析與低噪聲設計及仿真結果35-39
• 3.2 儀表放大器的分析與設計39-44
• 3.3 低通濾波器的分析與設計44-52
• 3.4 基準電流源的分析與設計52-54
• 3.5 本章小結54-55
• 第四章 模擬前端芯片的版圖設計及芯片測試55-61
• 4.1 前端電路的仿真結果及版圖設計55-58
• 4.2 模擬前端芯片的測試結果58-60
• 4.3 本章小結60-61
• 總結與展望61-63
• 總結61-62
• 展望62-63
• 參考文獻63-69
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果69-70
• 致謝70-71
• 附件71

【參考文獻】

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本文編號：485977