[发明专利]一种用于心电信号检测芯片的模拟前端电路

说明书

技术领域

本发明属于CMOS模拟集成电路设计领域，具体地涉及一种用于心电信号检测芯片的模拟前端电路。

背景技术

随着人们对自身健康状况监测以及疾病预防意识的不断提高，穿戴式心电检测设备得到越来越多的重视和发展。作为检测芯片中的第一级电路和重要组成部分，模拟前端电路的功耗、噪声、信噪比等性能直接决定了系统的工作时长和检测精度，因此模拟前端也成为了工业界和学术界研究的热点。

心电信号的频率范围通常在0至500Hz的范围左右，信号幅度在100μV至5mV之间。为了从背景噪声中提取微弱的信号，模拟前端电路产生的输入参考噪声必须低于10μVrms。此外，在探测电极和皮肤的界面处会产生300mV的直流电压，对输入信号产生干扰。因此，模拟前端电路还应该具有直流消除机制，避免使用片外隔直电容，进而实现电路的全集成。同时为了满足芯片中数字信号处理的要求，模拟前端中的模数转换器需要具有至少10bit的有效精度。更为重要的是，穿戴式设备都采用电池供电，芯片必须进行低功耗设计，以满足长时间的待机需求。

目前已有的心电检测模拟前端大都使用隔直流电容滤除心电信号中的直流分量，电容值处于微法量级，面积极大，无法实现电容与芯片的单片集成；同时目前的设计还采用单端输出结构，限制了输出信号的动态范围；此外，为了降低电路功耗，都采用逐次逼近模数转换器进行模数转换，无法实现10bit以上的信噪比输出，增加了数字信号处理平台的处理难度。。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于心电信号检测芯片的模拟前端电路用以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于心电信号检测芯片的模拟前端电路，包括全集成、高通型的电容放大器和Sigma-Delta调制器，所述电容放大器用于利用反馈电阻和反馈电容构成的高通通路滤除心电信号中的直流电压分量，并通过全差分跨导放大器构成的全差分结构将心电电压信号进行放大，Sigma-Delta调制器将放大后的心电电压信号转换为数字码，并输出至数字信号处理平台进行处理。

进一步的，所述电容放大器包括输入电容Cin1、输入电容Cin2、共模输入电容Cb1、共模输入电容Cb2、共模输入电阻M1a、共模输入电阻M1b、共模输入电阻M2a、共模输入电阻M2b、反馈电容C1、反馈电容C2、反馈电阻M3a、反馈电阻M3b、反馈电阻M4a、反馈电阻M4b与全差分跨导放大器，心电信号in通过输入电容Cin1接全差分跨导放大器的同相输入端，输入共模电压vcm通过输入电容Cin2接全差分跨导放大器的反相输入端，共模输入电容Cb1与串联的共模输入电阻M1a和M2a并联后接在输入共模电压vcm与全差分跨导放大器的同相输入端之间，共模输入电容Cb2与串联的共模输入电阻M1b和M2b并联后接在输入共模电压vcm与全差分跨导放大器的反相输入端之间，反馈电容C1与串联的反馈电阻M3a和M4a并联后接在全差分跨导放大器的同相输入端与负输出端之间，反馈电容C2与串联的反馈电阻M3b和M4b并联后接在全差分跨导放大器的反相输入端与正输出端之间，全差分跨导放大器的正输出端和负输出端分别与Sigma-Delta调制器的两输入端连接。

进一步的，所述Sigma-Delta调制器为2阶Sigma-Delta调制器。

更进一步的，所述Sigma-Delta调制器为2阶反相器型Sigma-Delta调制器，包括一个2阶调制器和一个量化器，所述2阶调制器由两个一阶积分器串联而成，所述一阶积分器采用2个共源共栅反相器来实现。