[發明專利]多功能生物電采集模擬前端中的增益帶寬可編程放大器

在審

• 申請號: 201410585909.8
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104410368A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 柯可人;秦文輝;易婷;洪志良
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F1/30;H03F3/45
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于放大器技術領域，具體涉及一種增益帶寬可編程放大器，應用于可穿戴設備中對微弱信號進行準確測量的模擬前端中。

背景技術

如今，隨著人們對醫療保健越來越重視，以及人口老齡化進程的加快，未來的醫療保健模式將從傳統的“以醫院為中心”轉向“以病人為中心”，以緩解醫療保健費用急劇增長、醫療服務資源有限和醫療保健手續繁冗復雜等問題?；跓o線體域網的穿戴式健康監護系統已成為集成電路研究領域的熱點。

基于無線體域網的穿戴式健康監護系統中的儀表放大器和具有濾波功能的可編程放大器合稱為模擬前端，是穿戴式健康監護系統中極其重要的一個模塊，其性能的優劣直接關系到穿戴式健康監護系統的好壞。

常見的生物電信號包括腦電信號（EEG）、心電信號（ECG）以及肌電信號（EMG）三種，它們具有不同的頻率范圍和幅度范圍，例如EEG信號的幅度為20-100uV，頻率范圍為0.1-40Hz；ECG信號的幅度為100uV-5mV，頻率范圍為0.5-150Hz；EMG信號的幅度為1-10mV，頻率范圍為20-2KHz。多功能生物電信號采集模擬前端需要同時具備采集上述三種生物電信號的能力，這就要求模擬前端電路具有增益和帶寬可調的功能，而這部分功能由可編程放大器來提供。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種可應用于可穿戴健康監護系統的多功能生物電采集模擬前端電路中的增益帶寬可編程放大器，它具有增益可配置、帶寬可配置和微功耗等特點。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：一種可應用于可穿戴健康監護系統的多功能生物電采集模擬前端電路中的增益帶寬可編程放大器（如圖1所示），由2個跨導放大器，4個固定值電容，4個增益選擇電容陣列，2個帶寬選擇電容陣列和8個PMOS管組成。其中：

外部模擬輸入信號Vin和Vip分別與電容Cin11和Cin12的一端相連；電容Cin11的另一端、PMOS管PM0的柵極、PMOS管PM0的漏極、增益選擇電容陣列gain_sel11的一端、跨導放大器Gm1的反相輸入端共點；電容Cin12的另一端、PMOS管PM2的柵極、PMOS管PM2的漏極、增益選擇電容陣列gain_sel12的一端、跨導放大器Gm1的同相輸入端共點；PMOS管PM0的源極、PMOS管PM1的漏極、PMOS管PM1的柵極共點；PMOS管PM2的源極、PMOS管PM3的漏極、PMOS管PM3的柵極共點；PMOS管PM1的源極、跨導放大器Gm1的同相輸出端、增益選擇電容陣列gain_sel11的另一端、帶寬選擇電容陣列BW_sel1的一端、電容Cin21的一端共點；PMOS管PM3的源極、跨導放大器Gm1的反相輸出端、增益選擇電容陣列gain_sel12的另一端、帶寬選擇電容陣列BW_sel1的另一端、電容Cin22的一端共點；電容Cin21的另一端、PMOS管PM4的柵極、PMOS管PM4的漏極、增益選擇電容陣列gain_sel21的一端、跨導放大器Gm2的反相輸入端共點；電容Cin22的另一端、PMOS管PM6的柵極、PMOS管PM6的漏極、增益選擇電容陣列gain_sel22的一端、跨導放大器Gm2的同相輸入端共點；PMOS管PM4的源極、PMOS管PM5的漏極、PMOS管PM5的柵極共點；PMOS管PM6的源極、PMOS管PM7的漏極、PMOS管PM7的柵極共點；PMOS管PM5的源極、跨導放大器Gm2的同相輸出端、增益選擇電容陣列gain_sel21的另一端、帶寬選擇電容陣列BW_sel2的一端與增益帶寬可編程放大器的輸出端Voutn相連；PMOS管PM7的源極、跨導放大器Gm2的反相輸出端、增益選擇電容陣列gain_sel22的另一端、帶寬選擇電容陣列BW_sel2的另一端與增益帶寬可編程放大器的輸出端Voutp相連。

增益帶寬可編程放大器中的增益選擇電容陣列gain_sel11和?gain_sel12是相同的，gain_sel21和?gain_sel22也是相同的，它們采用相同的電路結構來實現，具有兩個端子A和B。圖2給出了上述增益選擇電容陣列的一個實施實例，由三個電容和2個開關組成。其中：

增益選擇電容陣列的一端A與電容C1的一端以及開關SW1的一端相連，電容C1的另一端與電容C2的一端以及開關SW1的另一端相連，電容C2的另一端與電容C3的一端以及開關SW2的一端相連，電容C3的另一端與開關SW2的另一端以及增益選擇電容陣列的另一端B相連。開關SW1和開關SW2由不同的控制信號來控制其打開和合上。