论文部分内容阅读
本文设计的超低功耗接口电路中的前置放大器,采用了全差分电容耦合斩波结构,主要用于对人体生物电势信号——心电信号(Electrocardiography, ECG)和脑电信号(Electroencephalography, EEG)的监测,具有超低功耗、超低噪声、高共模抑制比等特性。本文完成了性能指标确定,到系统架构分析设计,再到电路模块的优化设计,最后流片和测试验证的整个设计流程。主要有以下贡献和创新点：1.根据人体生物电势信号(ECG/EEG)的信号特征和面临的各种干扰因素,提出了前置放大器的具体性能指标；2.针对应用环境和设计指标,提出了全差分电容耦合斩波放大器结构,针对直流偏移电压消除能力、低功耗和低噪声性能进行了改进创新；3.对主放大器功耗、噪声和失调进行了优化分析,确定了在功耗受限的情况下性能的主要优化方向；4.直流偏移电压消除环路的分析与设计,实现了对较大直流差分偏移电压的消除,并解决了极大的时间常数滤波器的设计和栅漏电等难题；5.二阶Gm-C低通滤波器的分析与设计,实现了对纹波和毛刺信号的消除,解决了超大时间常数的实现和面积之间的设计矛盾；6.提出了一种数字纹波抑制环路,采用数字方式对输出纹波进行消除,可以有效的降低芯片的功耗、面积和噪声。芯片采用SMIC0.13μm CMOS工艺流片,电源电压为1.2V,芯片面积为0.285mm2。测试结果显示,芯片总共消耗电流1.96心,带宽为0.17～189Hz,带内增益为40dB,带内输入等效积分噪声为2.2μVrms,50Hz处共模抑制比为92dB,电源电压抑制比为100dB,直流偏移电压消除能力达到+60mV,完全达到设计指标,并进行了对人体心电信号的监测演示。