[发明专利]一种用于便携式健康监测装置的模拟前端感知放大器

说明书

一种用于便携式健康监测装置的模拟前端电路，其特征在于，包括电容耦合仪表放大器、增益可编程放大器和带通滤波器。采用由第一缓冲器和第二斩波开关组成的预充电环路，第一可调电容、第二可调电容与第三斩波开关组成了正反馈环路，两者都作为阻抗增强同时工作在电路中极大地提高输入阻抗。利用自校准模块防止阻抗提高可能引起的电路震荡问题；同时，使用相同的校准逻辑，对可编程增益放大器的增益进行校准，提升模拟前端电路的增益精度。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种用于便携式健康监测装置的模拟前端感知电路。

背景技术

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。

便携式健康监测设备是一个集能量管理、信号感知和数据传输等功能于一体的生物信号采集终端系统。其中信号的精确感知是生物信号采集的基础。受限于便携式装置的电池体积，研究低功耗低噪声抗干扰能力的模拟前端感知放大器(AFE)是实现精确感知的关键。

利用斩波调制技术能够有效降低噪声，但使得输入阻抗降低，降低了AFE的抗干扰能力。采用预充电技术对阻抗的提高有限，采用正反馈的技术可以实现百GΩ的输入阻抗，但需要精确的片外电容调节，同时由于充放电时间的限制造成较大的输出纹波。本课题将在斩波调制的基础上将预充电与正反馈结合，同时利用逐次逼近逻辑实现输入阻抗自校准，在提高输入阻抗的同时，降低纹波干扰，实现一个低功耗、低噪声、搞抗干扰能力的AFE。

现有的模拟前端电路存在以下问题：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。将斩波调制器放在输入电容与输入电极连接端还可以大幅降低片上比例电容的失调，从而提高CMRR。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，同时纹波抑制效果不佳。以上两种方案都不能很好的解决斩波调制的AFE中输入阻抗提高过程中的纹波或者修调问题。

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，提供一种用于便携式健康监测装置的模拟前端电路，具有低功耗、低噪声、高输入阻抗、高共模抑制比的优点。

实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于便携式健康监测装置的模拟前端电路，其特点在于，包括电容耦合仪表放大器、增益可编程放大器和带通滤波器；

所述电容耦合仪表放大器正端输入信号为第一输入信号，负端输入信号为第二输入信号，第一输入信号经所述电容耦合仪表放大器斩波调制、校准与放大处理后，由正端输出第一输出信号，一部分第一输出信号反馈所述电容耦合仪表放大器，另一部分作为第三输入信号输入所述增益可编程放大器正端；第二输入信号经所述电容耦合仪表放大器斩波调制、校准与放大处理后，由负端输出第二输出信号，一部分第二输出信号反馈所述电容耦合仪表放大器，另一部分并作为第四输入信号输入所述增益可编程放大器负端；

所述第三输入信号和第四输入信号分别经所述增益可编程放大器进一步消除低频噪声与放大处理后，由增益可编程放大器正端输出第三输出信号，负端输出第四输出信号，一部分第三输出信号反馈所述增益可编程放大器，另一部分经所述带通滤波器滤除带外噪声后，由所述带通滤波器正端输出第三输出信号；一部分第四输出信号反馈所述增益可编程放大器，另一部经所述带通滤波器滤除带外噪声后，由所述带通滤波器负端输出第四输出信号。