[發明專利]一種高共模抑制比的低功耗生物信號儀表放大器

在審

• 申請號: 202010027376.7
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111181511A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 高晨;周雄;李強
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F3/42
• 分類號: H03F3/42;H03F1/26;H03F1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高共模抑制比的低功耗生物信號儀表放大器，包括第一跨導放大器、第二跨導放大器、積分器、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一電阻、第二電阻。采用一個跨導放大器作為輸入級，采用電容分壓網絡和另一個跨導放大器作為反饋級來構成負反饋結構。在第一跨導放大器內部的共模反饋回路的作用下，第二跨導放大器以及分壓電容不會受到輸入共模干擾信號的影響，從而避免第二跨導放大器以及分壓電容失配造成的共模抑制比降低。在第一跨導放大器自身的共模抑制比足夠時，整個儀表放大器也具有很高的共模抑制比。第二跨導放大器的跨導值可設置為第一跨導放大器跨導值的N分之一，其中N大于1，以降低功耗和噪聲。采用積分器和電阻來實現儀表放大器的高通特性，以減小低頻干擾和直流失調的影響。

技術領域

此本發明屬于模擬集成電路設計領域，具體涉及一種具有高共模抑制比的低功耗生物信號儀表放大器電路的設計。

背景技術

隨著微電子學，生物醫學以及物聯網的飛速發展，越來越多的可穿戴醫療設備出現在人們的生活中。它們極大地給人們帶來了便利，降低人們看病的困難和費用，還有助于建立患者和醫生之間的遠程醫療關系，便于醫生及時獲取病人的身體狀況。這些設備通常需要采集人體的一些生物信號，例如腦電圖(Electroencephalography,EEG)、心電圖(Electrocardiography,ECG)、肌電圖(Electromyography,EMG)等，并將這些信號進行一定的處理后，再傳送至上位機以便進行進一步處理和分析。

生物信號通常具有低頻率，低幅度的特點。例如，心電信號(ECG)的頻率在0.5Hz-幾百Hz，幅度為幾十μV到幾mV。而在采集過程中，設備還會受到各種外界信號的干擾，對微弱生物信號的采集帶來困難。因此，生物信號采集系統通常需要一個專用的儀表放大器來對生物信號進行采集和放大，而它的性能對整體系統的性能起到決定作用。

電路在實際的使用環境中會受到大量的共模信號的干擾，如50/60Hz的市電信號會耦合到人體和電路，可能產生數百毫伏的共模干擾信號，而由于電路本身可能存在系統性或隨機性的失配，導致這樣大的共模干擾會在電路的輸出端產生差模的干擾信號，從而降低信號的質量。因此，為了保證生物信號能被有效地采集，通常需要儀表放大器滿足高共模抑制比的特點。

采集生物信號時，通常需要將電極接在人體上，再將電極連至采集系統的輸入端。電極的阻抗大概為幾kΩ到MΩ的級別，為了有效地檢測生物信號，需要儀表放大器有較高的輸入阻抗。同時，市電信號的共模干擾會由于電極阻抗的失配產生一個差模的干擾，如果放大器的輸入阻抗過小，會導致整體共模抑制能力變差。此外，為了滿足可穿戴醫療的應用，儀表放大器還應當具有低功耗，低噪聲的特點。