用于体征信号采集系统的前置放大器芯片设计

摘要

随着电极技术和模拟集成电路的发展,体征信号采集系统在医疗诊断、神经假体及脑机接口等领域有着广阔的应用前景和巨大的市场价值。便携式和植入式采集系统凭借其优势成为研究的热门方向。本论文的主要工作就是实现应用于便携式采集系统中不可或缺的前置放大器的设计,为今后实现完整的便携式体征信号采集系统打下基础。
　　本文系统设计以低功耗和低噪声为设计的主要指标,并贯穿整个设计的始末。前置放大器采用电容耦合,能够提高增益准确度、抑制电极间直流失调电压同时不增加电路噪声和功耗开销。系统增益、带宽可调,既能补偿工艺、环境、电源电压等的变化带来的误差,又能够测量不同种类的体征信号。设计中通过把OTA中不同MOS管偏置在不同的工作区域来提高电流效率和降低噪声。文中对系统之重要模块虚拟电阻的设计做了详细的介绍,在传统结构基础上进行了优化,降低虚拟电阻带来的直流偏移、信号失真等影响。此外介绍芯片版图设计中匹配和屏蔽噪声的方法。最后介绍了芯片测试平台的搭建和具体的测试方法,对实际测量要注意的问题和解决的办法做了阐述。
　　芯片在TSMC0.18μm1P6M工艺下流片,供电电压1.8V,功耗为1.19μW,等效输入噪声为2.48μVrms(1Hz~300Hz),增益为53dB~70dB可调,高通截止频率为0.8Hz~100Hz可调,低通截止频率为110Hz~320Hz可调,噪声功率效率(NEF)指标为4.4,和国际先进水平相当。

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第一章 体征信号采集研究背景与意义

1.1体征信号与采集系统

1.2体征信号采集前沿应用技术

1.3论文的主要内容与章节安排

第二章 体征信号采集系统研究

2.1体征信号采集系统研究现状和发展趋势

2.2采集系统实现技术介绍

2.3本章小结

第三章 模拟前置放大器设计

3.1设计难点与设计指标

3.2系统设计考虑

3.3跨导放大器OTA设计

3.4虚拟电阻

3.5放大器整体电路和实现的指标

3.6本章小结

第四章 版图设计及芯片仿真结果

4.1版图设计考虑

4.2芯片仿真结果

4.3本章小结

第五章 芯片测试

5.1测试PCB板设计的主要问题

5.2测试平台搭建

5.3测试结果

5.4本章小结

第六章 结束语

6.1工作总结

6.2后续研究工作

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文