[发明专利]一种用于多种生理电信号采集的感知放大电路

说明书

一种用于多种生理电信号采集的感知放大电路，其特征在于，包括依次连接斩波调制电容耦合仪表放大器、可编程增益放大器和带宽可调带通滤波器。采用正反馈输入阻抗增强技术可以大幅提高输入阻抗，但由于寄生电容的影响，需要精准调节反馈电容，防止电路震荡。此外，生物电信号频率成分集中在低频段(低于1Hz到几kHz)，为避免DC失调以及基线漂移等极低频率成分引起的干扰，同时保留尽量多的原始信号低频细节，感知模拟前端放大器(AFE)需要＜0.5Hz的高通截止频率，这需要极大的RC常数来实现，可采用μF量级的片外电容配合MΩ量级的片上电阻，或者接近TΩ级别的电阻配合pF级的片上电容来实现，但都会占用过多的片上面积。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种用于多种生理电信号采集的感知放大电路。

背景技术

根据已有的报道，心脏、大脑等人体重要部位的器官发生疾病对人类的生命具有极大的威胁，而这类严重的生理疾病在一定程度上都是有迹可循，可以预防的。因此，对人体的各种生理信号(例如心电信号ECG，脑电信号EEG等等)进行实时长期地监测，对于慢病防治、康复管理、运动健康和科学养老都具有十分重要的作用。

随着微电子与生物医疗的深度交叉融合，以心电贴、运动胸带等为代表的便携式健康监测设备得到快速发展。利用这些设备实现长期实时健康监测，将在慢病防控，运动健康等方面发挥重大作用。常见的便携式生物电信号如表1所示，包括心电信号(electrocardiogram)ECG、脑电信号(electroencephalogram)EEG、肌电信号(electromyogram)EMG、眼电信号(Electrooculogram)EOG。

表1

从表1中可以看出，这些生物电信号既有低幅值、低频带的共通性，也具有多幅值，多频带的差异性，因此，研究低噪声多模态强抗干扰能力的模拟前端感知放大器(AFE)是实现多种生理信号精确感知的关键。

现有的模拟前端电路存在以下问题：传统的直流耦合和交流耦合由于增益反馈结构存在一定的失配而在共模抑制比(CMRR)性能上表现不佳，而将斩波调制器放在输入电容与输入电极连接端可以大幅降低片上比例电容的失调，从而提高CMRR性能。采用斩波调制技术的电容耦合AFE能够大幅度抑制电路中的闪烁噪声。但斩波调制器在不同时钟相位切换时，不可避免需要对输入电容充放电，导致输入阻抗的降低且引入充放电纹波。通过预充电技术可以将纹波进行一定缓解，将输入阻抗进行一定程度的提高，但提高效果有限。采用正反馈输入阻抗增强技术可以大幅提高输入阻抗，但由于寄生电容的影响，需要精准调节反馈电容，防止电路震荡。此外，生物电信号频率成分集中在低频段(低于1Hz到几kHz)，为避免DC失调以及基线漂移等极低频率成分引起的干扰，同时保留尽量多的原始信号低频细节，感知模拟前端放大器(AFE)需要＜0.5Hz的高通截止频率，这需要极大的RC常数来实现，可采用μF量级的片外电容配合MΩ量级的片上电阻，或者接近TΩ级别的电阻配合pF级的片上电容来实现，但都会占用过多的片上面积。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点，应用斩波调制电容耦合结构以提供足够高的CMRR，同时引入阻抗提升技术提升感知放大电路的输入阻抗，斩波调制电容耦合仪表放大器中引入直流伺服环路DSL以提供所需的＜0.5Hz的高通截止频率，最后引入带宽可调带通滤波器实现对模拟前端电路带宽的独立可调，从而提供一种应用于多种生理电信号监测的模拟前端电路，具有低噪声、多模态、高共模抑制比的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于多种生理电信号采集的感知放大电路，其特点在于，包括依次连接斩波调制电容耦合仪表放大器、可编程增益放大器和带宽可调带通滤波器；