[发明专利]一种用于脑电采集的电流反馈放大器

说明书

技术领域

本发明属于电子放大器领域，尤其涉及了一种用于脑电采集的电流反馈放大器。

背景技术

脑电信号广泛应用于临床医学诊断。传统的心电、脑电信号采集仪器体积大、功耗高，只能应用于医院和诊所。可穿戴心电、脑电信号采集系统是未来的发展趋势，而低功耗、低噪声的放大器是其中必不可少的模块。

用于实现心电、脑电信号采集的低功耗、低噪声仪表放大器通常有三种结构，一是三运放仪表放大器，它具有输入阻抗高、共模抑制比高等优点。但是，由于３个跨导放大器共同贡献噪声，三运放仪表放大器的噪声性能较差，且占用的芯片面积也较大。二是电容耦合型放大器，利用反馈电容与伪电阻形成的高通滤波器，有效地滤除了DC失配。但是，伪电阻阻值会随两端电压的变化而变化，且由于阻值较大，电路的启动时间很长。三是斩波放大器，利用斩波调制器将低频的1/f噪声调制到高频处滤除，从而实现低噪声设计，但斩波器会引入输出纹波干扰。

综上所述，脑电信号采集的放大器，既要满足低噪声的要求，又要降低电路功耗。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种用于脑电采集的电流反馈放大器，同时满足低功耗和低噪声的技术要求。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于脑电采集的电流反馈放大器，包括：

电平转换电路，以小于１的增益将输出端电压衰减到合适的范围内，使得在输出轨到轨的情况下M4管能够正常工作，用于实现了轨到轨输出；

后台数字失配校准电路，对差分电极失配进行校准，使放大器增益不受差分电极失配的限制，降低了对ADC精度的要求。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：本发明提供了一种用于脑电采集的电流反馈放大器，在不显著增加制造成本的同时，降低了电路的功耗，有效地改善了电路的噪声。本发明的装置可满足脑电采集系统的技术要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于脑电采集的电流反馈放大器的电路框图；

图2是本发明实施例提供的一种用于脑电采集的电流反馈放大器的电平转换电路图。

图3是本发明实施例提供的一种用于脑电采集的电流反馈放大器的数字失配校准原理图。

图4是本发明实施例提供的一种用于脑电采集的电流反馈放大器的等效输入噪声频谱图。

图5是本发明实施例提供的一种用于脑电采集的电流反馈放大器的电平转换电路前后输出范围对比图。

图6是本发明实施例提供的一种用于脑电采集的电流反馈放大器的采用后台数字失配校准前后输出波形对比图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

参考图1，一种用于脑电采集的电流反馈放大器，包括：

电平转换电路，如图２所示，包含两个电阻和一个电压跟随器，在输出端和M4管输入端之间增加电平转换电路来实现输出轨到轨；通过电阻分压，将轨到轨的输出衰减到较小的电压范围内；电压跟随器将电压转换到适合M4管的范围内；Ｖ_ＯＵＴ和Ｖ_ｂ之间的关系为：

（1）

在输出轨到轨的情况下，为了使M4管工作在强反型区，设计R_a的值远大于R_b。V_b电压范围小，意味着M4管的跨导保持相对恒定，可以减小由于M3和M4管的跨导值变化而带来的谐波失真。通过将输出端的直流电压调节到VDD/2，可以使输出交流波形轨到轨。为了降低静态电流消耗，设计Ｒ_ａ和Ｒ_ｂ的值较大，不必增大OTA 功耗来驱动Ｒ_ａ和Ｒ_ｂ。通过降低电压跟随器的偏置电流，电平转换电路的功耗仅为50nA，相比仪表放大器整体功耗，可以忽略不计。