[實用新型]一種無耦合電容具有直流失調抑制功能的儀表放大器

有效

• 申請號: 201621322140.1
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN206226386U
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 黃繼偉;李凡陽;寇濤;楊園格
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F1/26
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本實用新型涉及心率監護前端領域，特別是一種無耦合電容具有直流失調抑制功能的儀表放大器。

背景技術

隨著便攜式設備和運動器械對于心率檢測的需求越來越高，這類設備要求心電監測芯片功耗低，外接器件盡可能少，這種需求使得用于心電信號檢測的儀表放大器成為工業界研究的熱點。

儀表放大器一般功能是放大微弱信號，抑制疊加在信號上的大失調電壓，心電信號可看做是較弱近直流電壓上疊加有較強直流電壓的信號，因此用于檢測心電信號的儀表放大器共模抑制比要求非常高，同時因為心電信號會帶有極化電壓和低頻漂移，儀表放大器輸出端容易出現飽和，所以必須對儀表放大器進行失調電壓的抑制同時還可以防止儀表放大器輸出飽和，而且用在便攜式設備中，因此功耗要求小，外接元件要求少，同時由于心電信號頻率較低，屬于近直流信號，基于這幾點原因無法使用耦合電容隔斷直流電壓，這就對應用在心電監測的儀表放大器的設計提出了新的要求。所以一種無耦合電容具有直流抑制功能的儀表放大器的設計成為心電監測前端芯片的關鍵。

目前國際上心電監測前端芯片系統設計主要可分為傳統三運放結構，即通過兩個緩沖器作為差分輸入端后接一個差分放大器抵消共模電壓(參考：Spinelli E.M，“AC-Coupled Front-End for Biopotential Measurement”，IEEE Trans.Biomedical Engineering，SC-36(11),Vol.50Τ pp.391-395,March 2003)和動態失調消除技術，即用儀表放大器中插入動態失調消除電路將失調電壓消除(參考：J.F.Witte,“A current-feedback instrumentation amplifier with 5V offset for bidirectional highside current-sensing”，IEEE J.Solid-State Circuits,vol.43,no.12,pp.2769–2775,Dec.2008.)，以上儀表放大器芯片在各類電子產品的信號檢測中獲得廣泛的應用。但傳統三運放的缺點在于輸入共模范圍小，無法包含電壓軌，其次輸出容易飽和，特別在需要低功耗的情況下。在儀表放大器中插入動態失調消除電路優點在于可以將失調電壓抑制，共模抑制比可以達到非常高。但電路結構復雜，功耗較大，而且會引入斬波信號的干擾。傳統的三運放結構在輸入共模電壓較大會造成輸出偏移過大以至芯片輸出飽和。而心電信號輸入情況下對于輸入共模電壓范圍的要求非常高。所以這給心電檢測芯片的設計提出了挑戰。

發明內容

有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種無耦合電容具有直流失調抑制功能的儀表放大器，能夠用于便攜式設備上的心電檢測系統，有效的解決了失調電壓干擾發生輸出飽和以及滿擺幅輸入輸出的問題。

本實用新型采用以下方案實現：一種無耦合電容具有直流失調抑制功能的儀表放大器，包括第一跨導電路Gm1、第二跨導電路Gm2、跨阻放大器、電荷泵電路、反饋電阻網絡以及失調抑制反饋電路；

所述第一跨導電路Gm1與所述第二跨導電路Gm2的輸出相連并連接至所述跨阻放大器的輸入端，作為所述儀表放大器的主放大器；

所述第二跨導電路Gm2的第一輸入端與所述失調抑制反饋電路的輸出端相連，用以提供直流失調電壓；所述失調抑制反饋電路的輸入端連接至所述儀表放大器的輸出端，用以反饋輸出信號；所述第二跨導電路Gm2的第二輸入端經電阻分壓器連接至所述儀表放大器的輸出端，用以設置所述儀表放大器的總增益；

所述第一跨導電路Gm1與所述第二跨導電路Gm2的電源電壓輸入端連接至所述電荷泵電路，用以提升儀表放大器的輸入共模范圍；

所述第一跨導電路Gm1的兩個輸入端作為所述儀表放大器的輸入端；所述跨阻放大器的輸出端作為所述儀表放大器的輸出端。

進一步地，所述失調抑制反饋電路為由運放A、電阻R、電容C組成的反相積分器。

進一步地，所述第一跨導電路Gm1與所述第二跨導電路Gm2為相同結構，均為由PMOS和電阻等效成帶有源衰減電阻的共源放大器。

進一步地，所述跨阻放大器包括輸出級級聯的電流求和電路與classAB。

本實用新型可以用于便攜式設備上的心電檢測系統，其能保持于低功耗環境中，輸出電壓信號噪聲小高增益的基礎上，利用失調抑制反饋電路，電荷泵和classAB輸出電路，有效的解決了失調電壓干擾發生輸出飽和和滿擺幅輸入輸出的問題。

附圖說明