基于RFID的脉搏血氧传感器收发机芯片研究

摘要

本文提出了一款基于RFID的脉搏血氧传感器收发机芯片，该芯片具有对人体脉搏血氧信号进行无创采集、将微小信号进行放大滤波处理和对数据进行中短程无线收发等功能，为人体脉搏血氧信号的采集、处理、分析和中短程无线收发提供了技术支持。
　　基于RFID的脉搏血氧传感器收发机芯片主要分为四个模块，电源管理模块、脉搏血氧传感器即采集模块、信号处理模块和无线收发模块。针对脉搏与血氧信号幅度小频率范围广等特点，设计了可实现对微小信号进行放大和滤波处理的信号处理芯片，该芯片采用对称的可变增益三运放仪表放大器作为前置放大级、单位增益KRC低通滤波器滤除高频信号，具有低噪声、低功耗、增益可调和高共模抑制比等优点，适用于对生理信号的处理,尤其是脉搏血氧信号。
　　芯片采用UMC0.18um1P6M CMOS工艺制作，核心面积为1457um×893um，在电源电压1.8V，室温条件下进行测试。结果表明，低频下芯片能对微弱信号进行40dB增益的有效放大，等效输入噪声小于15uV，频率范围为0.1-250Hz，功耗小于400uW，可有效的抑制噪声从而提高信噪比，与仿真结果差异不大且满足设计要求。通过对RFID传输协议进行改进，将脉搏血氧信息通过电子标签发送给读写器并交于上位机进行分析处理，实现对脉搏皿氧信号的中短程无线传输和实时监测。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 研究现状

1．4 论文的主要内容与结构安排

1．4．1 论文的内容

I．4．2 论文的结构安排

第二章 脉搏与血氧饱和度基本理论

2．1 脉搏的概述

2．2 血氧饱和度的概述

2．3 脉搏血氧信号的测量方法

2．4 本章小结

第三章 基于RFID的脉搏血氧传感器收发机芯片系统结构

3．2 电源管理模块

3．3 脉搏血氧采集模块

3．4 信号处理模块

3．4．1 脉搏波信号的特点

3．4．2 信号处理模块的设计考虑

3．4．3 系统设计要求

3．5 无线收发模块

3．5．1 RFID的简介及其工作原理

3．5．2 读写器与电子标签的通讯

3．5．3 系统框图

第四章 信号处理电路的设计与仿真

4．1 二级运算放大器的设计与仿真

4．1．1 运放的设计

4．1．2 二级运放的基本参数仿真

4．2 可变增益仪表放大器的设计与仿真

4．2．1 仪表放大器的原理分析

4．2．2 仪表放大器的电路设计

4．2．3 可变增益仪表放大器的基本参数仿真

4．3 单位增益KRC低通滤波器的设计

4．3．1 电路原理分析

4．3．2 单位增益KRC低通滤波器的电路设计

4．3．3 单位增益KRC低通滤波器的仿真

4．4．1 基本原理

4．4．2 电路的设计

4．4．3 电路温度系数仿真(DC)仿真

4．5 整体电路的性能仿真

4．6 本章小结

第五章 版图设计与测试结果

5．1 版图设计及考虑

5．1．1 器件的匹配设计

5．1．2 噪声的版图设计

5．1．3 版图的设计技巧

5．1．4 电路的整体版图

5．2 测试结果与讨论

5．2．1 信号处理电路芯片的测试

5．2．2 反射式RFID标签的脉搏血氧传感系统测试

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢