[發明專利]一種適用于生物醫學信號采集模擬前端的可變增益放大器

在審

• 申請號: 202010832877.2
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN111865243A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 岳宏衛;肖鑫
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

本發明公開一種適用于生物醫學信號采集模擬前端的可變增益放大器，包括電容C1、C2，NMOS管M1、M2、M5、M6，PMOS管M3、M4、M_FB1、M_FB2、M_FB3、M_FB4，電阻R_cm1、R_cm2、Rs，電流源I_L1、I_L2，以及跨導放大器A1、A2。NMOS管M1、M2作為輸入管，PMOS管M3、M4作為有源負載，電阻Rcm不僅為電路輸出共模電壓Vcm，而且也同時調整PMOS管M3、M4的柵極電壓和輸出電壓Vout，PMOS管MFB1、MFB2以及跨導放大器A1將輸出電壓轉換為小信號電流輸出并與NMOS管M5、M6的柵極相連，形成負反饋網絡。本發明能夠實現較高的環路增益和低的總諧波失真，擁有較好的線性度，在輸入信號幅度0～30mV范圍內，最大輸入信號幅度對應的總諧波失真不大于0.5％。

技術領域

本發明涉及集成電路設計技術領域，具體涉及一種適用于生物醫學信號采集模擬前端的可變增益放大器。

背景技術

隨著微電子技術的發展，醫療設備向著便攜化方向快速發展。而如何有效的提取生物醫學信號是便攜式設備研究的重點與難點。生物醫學信號采集模擬前端的基本結構如附圖1所示。交流耦合電容反饋放大器對從傳感器得到的信號進行放大，濾波，同時可以抑制基線漂移。考慮生物醫學信號是低頻、低幅的信號，低截止點需設置在較低的頻率點(0.5Hz)，為了達到大的時間常數，模擬前端中采用偽電阻結構Rpseu，偽電阻結構中的MOS管工作在亞閾值區，偽電阻阻值可達到10¹²Ω以上。生物醫學信號經過OTA放大器的放大后進入可變增益放大器(Variable Gain Amplifier,VGA)，可變增益放大器根據輸入信號振幅改變增益，以保持相當恒定的輸出電壓范圍，并將信號進行增益放大后送至Buffer放大器進行放大，之后經過ADC將模擬信號轉化成數字信號輸出，再經過一系列DSP(數字信號處理計算)得到所需的生物醫學信號。

在模擬前端中，可變增益放大器起到一個改變增益，穩定輸出信號的作用，并保證電路的大帶寬，低功耗和高線性度的要求。目前被廣泛使用可變增益放大器如圖2(a)和(b)所示，這兩種可變增益放大器均為帶源極負反饋Rs的可變增益放大器，其都能通過改變Rs的阻值來改變增益。但是由于這兩種可變增益放大器的環路增益都比較低，因此導致這兩種可變增益放大器的線性度都比較低。

發明內容

本發明所要解決的是現有可變增益放大器線性度和環路增益較低的問題，提供一種適用于生物醫學信號采集模擬前端的可變增益放大器。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：