[发明专利]生物医疗传感器接口芯片模拟前端泄漏电流补偿电路

说明书

本发明公开了一种属于模拟集成电路领域的用于生物医疗传感器接口芯片模拟前端的泄漏电流补偿电路。其结构包括：输出共模电压检测器、误差放大器、泄漏电流补偿器。误差放大器对泄漏电流进行实时监测，利用反馈回路动态调节泄漏电流补偿器的控制电压，从而实现对多种泄漏电流的补偿，避免因泄漏电流引起错误直流工作点而造成的性能下降。本发明在多种工艺、电压、温度条件下能够保证模拟前端性能稳定，对工艺没有特殊要求，同时，满足较宽的输入共模电压范围要求。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种用于生物医疗传感器接口芯片模拟前端的泄漏电流补偿电路。

背景技术

生物医疗接口芯片中，其模拟前端通常需要集成高通滤波功能，以避免由输入直流失调造成的读出电路输出饱和。面对小带宽的生物医疗信号，模拟前端的高通角在1 Hz范围以下，需要很大的RC时间常数。为了减小片上电容面积和芯片面积，需要高达特拉欧姆（TΩ）级别的超高阻值电阻。基于MOS的伪电阻成为了构成TΩ级别电阻的主流方式。

图1展示了一种普遍用于生物医疗接口芯片的带有基于MOS伪电阻的模拟前端电路。此模拟前端由两级构成：仪表放大器（IA级）和可编程增益放大器（PGA级）。IA级采用电容负反馈构成本级的放大，利用伪电阻的超高电阻值将高通滤波器的转角频率设定在1 Hz以下。PGA级与IA采用交流耦合方式连接，进一步减小输入直流失调。PGA级的反馈电容可以采用数字方式控制连入反馈网络的电容值大小，从而对本级增益进行调节。

然而，反馈网络中的超高电阻值使得各种泄漏电流不可忽略。该模拟前端电路中主要存在两种泄漏电流。一种是来自于基于MOS的伪电阻，即I_dio。图2显示了基于MOS的伪电阻电路和二极管连接的MOS器件剖面图。伪电阻采用两个二极管连接的PMOS背靠背连接构成，PMOS的体端与源端相连以改善伪电阻的线性度。从器件剖面图可见，对于PMOS而言，在N阱与P型衬底之间形成了一个寄生二极管，二极管的正极与P型衬底相连，负极与PMOS源级A节点相连，于是产生了从A节点到地的反偏二极管泄漏电流。另一种泄漏电流来自于仪表放大器IA输入差分对MOS器件的栅极漏电，即I_gate-p。在生物医疗信号获取电路中，为减小占有主导因素的闪烁噪声，通常会设计尺寸极大的输入差分对管，因此产生了较大的栅极泄漏电流。两种电流的差为ΔI，将流经伪电阻，从而在仪表放大器IA的负输入端和输出端产生压降。由于伪电阻的超高电阻值，该压降很容易造成仪表放大器IA输出饱和，从而降低了仪表放大器IA的直流增益，使得IA级的闭环增益随之下降。

一种消除伪电阻泄漏电流的方法是在节点A处增加一个冗余的深N阱NMOS器件。该器件与伪电阻的PMOS尺寸相同，偏置相同，连接方式相反，利用其寄生二极管的泄漏电流补偿伪电阻寄生二极管的泄漏。然而这种方法存在一些限制。首先，IA级的输入共模电压被锁定在电源电压的一半，降低了设计自由度，同时增加了低电源电压电路的设计难度。第二，需要工艺提供P阱，这使得该方法不适用与普遍的单N阱工艺。第三，来自于仪表放大器IA的输入差分对栅极泄漏电流无法进行有效地补偿，特别是在不同工艺、电压和温度条件下，难以根据环境情况自发地补偿泄漏电流。

针对上述泄漏电流造成的问题，本发明提出了一种用于生物医疗传感器接口芯片模拟前端的泄漏电流补偿电路。该电路能够同时对伪电阻寄生二极管反偏泄漏电流和仪表放大器IA输入MOS器件栅极泄漏电流进行补偿，在各种工艺、电压和温度条件下表现出稳定的补偿性能，同时，对输入共模电压没有限制。该电路表现出良好的有效性、健壮性以及灵活性。

发明内容

本发明的目的在于提出用于生物医疗传感器接口芯片模拟前端的泄漏电流补偿电路，有效抑制多种泄漏电流；

另一目的在于消除现存方法对电路的诸多限制，在不同工艺、电压、温度以及输入共模电压条件下，能够稳定地消除泄漏电流。

为实现以上目的，本发明提出如下技术方案：