[發(fā)明專(zhuān)利]用于生理電勢(shì)信號(hào)檢測(cè)的放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710220820.5
• 申請(qǐng)日: 2017-04-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106817099B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鋮穎;陳綱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海芯問(wèn)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03F3/45
• 分類(lèi)號(hào): H03F3/45;H03F1/14;A61B5/24;A61B5/00
• 代理公司: 上海光華專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明涉及用于生理電勢(shì)信號(hào)檢測(cè)的放大器，包括：跨導(dǎo)放大器100、輸入電容Cin1、輸入電容Cin2、共模通路1001a、共模通路1001b、輸入通路1002a、輸入通路1002b、輸出通路1003a、輸出通路1003b、反饋通路1004a和反饋通路1004b。本發(fā)明的技術(shù)方案，跨導(dǎo)放大器無(wú)需片外隔直流電容，利用反饋場(chǎng)效應(yīng)管和電容構(gòu)成高通通路，濾除了生理電勢(shì)信號(hào)中的直流電壓分量，并通過(guò)電容比將微弱的生理電勢(shì)信號(hào)信號(hào)放大；采用全差分結(jié)構(gòu)的跨導(dǎo)放大器增加了輸出信號(hào)擺幅，提高了輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍；跨導(dǎo)放大器輸入晶體管工作在亞閾值區(qū)，獲得了最佳的功耗和噪聲性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涉及CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種用于生理電勢(shì)信號(hào)檢測(cè)的放大器。

背景技術(shù)

在穿戴式生理電勢(shì)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備中，為了提取微弱的生理電勢(shì)信號(hào)，位于檢測(cè)芯片前端的放大器在設(shè)計(jì)上需要重點(diǎn)關(guān)注噪聲和功耗兩方面的需求。首先，由于放大器位于信號(hào)提取的第一級(jí)，其等效輸入噪聲必須低于背景噪聲5-10μVrms，才能完成高動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)輸出；其次，當(dāng)電路散發(fā)的熱量大于80mW/cm²時(shí)，芯片就有可能灼傷周?chē)慕M織細(xì)胞，所以放大器同時(shí)也必須進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足數(shù)千量級(jí)檢測(cè)陣列的應(yīng)用要求。而在模擬集成電路理論中，電路的功耗反比于等效輸入噪聲的功率譜密度，因此還需要著重進(jìn)行噪聲和功耗的折中設(shè)計(jì)；此外，生理電勢(shì)信號(hào)都包含有一定的直流電壓分量，為了消除直流電壓分量，通常需要在芯片外加入一個(gè)大容值的隔直流電容，從而獲得很低的截止頻率。該電容值處于微法量級(jí)，面積極大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電容與芯片的單片集成；同時(shí)目前的放大器設(shè)計(jì)還采用單端輸出結(jié)構(gòu)，限制了輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于生理電勢(shì)信號(hào)檢測(cè)的放大器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中：1)由于使用隔直流電容而無(wú)法實(shí)現(xiàn)電容與芯片的單片集成問(wèn)題；2)放大器采用單端輸出結(jié)構(gòu)，限制了輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的問(wèn)題；3)由于噪聲和功耗之間的矛盾導(dǎo)致電路魯棒性不強(qiáng)的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

用于生理電勢(shì)信號(hào)檢測(cè)的放大器，包括：跨導(dǎo)放大器100、輸入電容Cin1、輸入電容Cin2、共模通路1001a、共模通路1001b、輸入通路1002a、輸入通路1002b、輸出通路1003a、輸出通路1003b、反饋通路1004a和反饋通路1004b，其中，

其中，輸入電容Cin1通過(guò)輸入通路1002a與跨導(dǎo)放大器100的正相輸入端連接，輸入電容Cin2通過(guò)輸入通路1002b與跨導(dǎo)放大器100的反相輸入端連接；輸出通路1003a連接在跨導(dǎo)放大器100的反相輸出端，輸出通路1003b連接在跨導(dǎo)放大器100的正相輸出端；

共模通路1001a連接在輸入電容Cin1與輸入通路1002a之間，共模通路1001b連接在輸入電容Cin2與輸入通路1002b之間；反饋通路1004a一端與輸入通路1002a相連，另一端與輸出通路1003a相連；反饋通路1004b一端與輸入通路1002b相連，另一端與輸出通路1003b相連。

優(yōu)選地，所述共模通路1001a包括電容Cb1、場(chǎng)效應(yīng)管M1a和M2a，其中，場(chǎng)效應(yīng)管M1a和M2a串聯(lián)，串聯(lián)后的電路與電容Cb1并聯(lián)。

優(yōu)選地，所述共模通路1001b包括電容Cb2、場(chǎng)效應(yīng)管M1b和M2ab，其中，場(chǎng)效應(yīng)管M1b和M2b串聯(lián)，串聯(lián)后的電路與電容Cb2并聯(lián)。

優(yōu)選地，所述反饋通路1004a包括電容Cf1、場(chǎng)效應(yīng)管M3a和M4a，其中，場(chǎng)效應(yīng)管M3a和M4a串聯(lián)，串聯(lián)后的電路與電容Cf1并聯(lián)。

優(yōu)選地，所述反饋通路1004b包括電容Cf2、場(chǎng)效應(yīng)管M3b和M4b，其中，場(chǎng)效應(yīng)管M3b和M4b串聯(lián)，串聯(lián)后的電路與電容Cf2并聯(lián)。

優(yōu)選地，所述跨導(dǎo)放大器100包括主放大器，所述主放大電路包括第一增益放大電路和第二增益放大電路，其中，