一种适用于人体电生理信号读出的前置放大器设计

摘要

放大器被广泛应用于模拟信号处理，现在几乎每个电子系统都会含有放大元。精密放大器在模拟设计中一直是一项具有挑战性的工作，它在要求低噪声、低失调条件的传感、仪表、医疗信号放大、高分辨率模数/数模转换器（ADC/DAC）等领域具有非常广阔的应用前景。 本论文的工作主要包括斩波-保持放大器的电路设计仿真和版图实现。 鉴于人体生理电信号幅度微弱、频率较低、抗干扰性差，而常规运放本身存在大失调、高噪声等非理想因素，使得常规运放无法满足医学信号处理的需求，本文简要分析了实现低噪声、低失调的三种电路技术，提出了适宜于人体生理电信号提取的斩波-保持结构放大器。它采用斩波调制技术，对运放的失调和噪声进行奇数次调制，而对有用信号进行偶数次调制，实现了噪声、失调和有用信号的分离，通过简单的滤波技术即可实现对噪声、失调的抑制和有用信号的萃取。 斩波-保持放大器的设计主要分为三个模块：时钟产生模块（OSC）、分频模块（Divider）、斩波放大模块（Chopper Amplifying）。 版图设计部分着重介绍了CMOS工艺和版图设计中存在的非理想因素，提出了适合本设计的具体方案和设计准则。利用Calibre软件实现了版图验证和寄生参数的抽取。 本设计的电路采用中芯国际（SMIC）0.18um1P6M工艺经行仿真和流片。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2生理信息监测系统的结构

1.3 论文的主要工作和安排

1.4本章小结

第二章 生物医学信号及其测量

2.1 生物医学信号

2.2生物医学信号测量中的干扰和噪声

2.2.1测量中的干扰

2.2.2测量中的噪声

2.3本章小结

第三章 运算放大器和低噪声失调电路技术

3.1 运算放大器的非理想因素

3.1.1运放的噪声

3.1.2运放的失调

3.2低噪声、低失调电路技术

3.3.1 自动稳零技术(AZ)

3.3.2相关冲采样技术(CDS)

3.3.3斩波稳零技术(CHS)

3.4本章小结

第四章 斩波-保持放大器的设计

4.1 引言

4.2系统框图和工作原理

4.3 电路实现与仿真

4.3.1差分放大器的设计

4.3.2斩波桥

4.3.3振荡器

4.3.4三分频电路

4.4总体仿真

4.5本章小结

第五章 版图设计和验证

5.1 引言

5.2 CMOS工艺的发展和现状

5.3 CMOS版图设计要领

5.3.1 闩锁效应

5.3.2 匹配

5.4整体芯片(SOC系统)的布局

5.5本章小结

总结与展望

参考文献

致谢