[发明专利]多功能生物电采集模拟前端中的增益带宽可编程放大器

说明书

技术领域

本发明属于放大器技术领域，具体涉及一种增益带宽可编程放大器，应用于可穿戴设备中对微弱信号进行准确测量的模拟前端中。

背景技术

如今，随着人们对医疗保健越来越重视，以及人口老龄化进程的加快，未来的医疗保健模式将从传统的“以医院为中心”转向“以病人为中心”，以缓解医疗保健费用急剧增长、医疗服务资源有限和医疗保健手续繁冗复杂等问题。基于无线体域网的穿戴式健康监护系统已成为集成电路研究领域的热点。

基于无线体域网的穿戴式健康监护系统中的仪表放大器和具有滤波功能的可编程放大器合称为模拟前端，是穿戴式健康监护系统中极其重要的一个模块，其性能的优劣直接关系到穿戴式健康监护系统的好坏。

常见的生物电信号包括脑电信号（EEG）、心电信号（ECG）以及肌电信号（EMG）三种，它们具有不同的频率范围和幅度范围，例如EEG信号的幅度为20-100uV，频率范围为0.1-40Hz；ECG信号的幅度为100uV-5mV，频率范围为0.5-150Hz；EMG信号的幅度为1-10mV，频率范围为20-2KHz。多功能生物电信号采集模拟前端需要同时具备采集上述三种生物电信号的能力，这就要求模拟前端电路具有增益和带宽可调的功能，而这部分功能由可编程放大器来提供。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可应用于可穿戴健康监护系统的多功能生物电采集模拟前端电路中的增益带宽可编程放大器，它具有增益可配置、带宽可配置和微功耗等特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种可应用于可穿戴健康监护系统的多功能生物电采集模拟前端电路中的增益带宽可编程放大器（如图1所示），由2个跨导放大器，4个固定值电容，4个增益选择电容阵列，2个带宽选择电容阵列和8个PMOS管组成。其中：

外部模拟输入信号Vin和Vip分别与电容Cin11和Cin12的一端相连；电容Cin11的另一端、PMOS管PM0的栅极、PMOS管PM0的漏极、增益选择电容阵列gain_sel11的一端、跨导放大器Gm1的反相输入端共点；电容Cin12的另一端、PMOS管PM2的栅极、PMOS管PM2的漏极、增益选择电容阵列gain_sel12的一端、跨导放大器Gm1的同相输入端共点；PMOS管PM0的源极、PMOS管PM1的漏极、PMOS管PM1的栅极共点；PMOS管PM2的源极、PMOS管PM3的漏极、PMOS管PM3的栅极共点；PMOS管PM1的源极、跨导放大器Gm1的同相输出端、增益选择电容阵列gain_sel11的另一端、带宽选择电容阵列BW_sel1的一端、电容Cin21的一端共点；PMOS管PM3的源极、跨导放大器Gm1的反相输出端、增益选择电容阵列gain_sel12的另一端、带宽选择电容阵列BW_sel1的另一端、电容Cin22的一端共点；电容Cin21的另一端、PMOS管PM4的栅极、PMOS管PM4的漏极、增益选择电容阵列gain_sel21的一端、跨导放大器Gm2的反相输入端共点；电容Cin22的另一端、PMOS管PM6的栅极、PMOS管PM6的漏极、增益选择电容阵列gain_sel22的一端、跨导放大器Gm2的同相输入端共点；PMOS管PM4的源极、PMOS管PM5的漏极、PMOS管PM5的栅极共点；PMOS管PM6的源极、PMOS管PM7的漏极、PMOS管PM7的栅极共点；PMOS管PM5的源极、跨导放大器Gm2的同相输出端、增益选择电容阵列gain_sel21的另一端、带宽选择电容阵列BW_sel2的一端与增益带宽可编程放大器的输出端Voutn相连；PMOS管PM7的源极、跨导放大器Gm2的反相输出端、增益选择电容阵列gain_sel22的另一端、带宽选择电容阵列BW_sel2的另一端与增益带宽可编程放大器的输出端Voutp相连。

增益带宽可编程放大器中的增益选择电容阵列gain_sel11和 gain_sel12是相同的，gain_sel21和 gain_sel22也是相同的，它们采用相同的电路结构来实现，具有两个端子A和B。图2给出了上述增益选择电容阵列的一个实施实例，由三个电容和2个开关组成。其中：

增益选择电容阵列的一端A与电容C1的一端以及开关SW1的一端相连，电容C1的另一端与电容C2的一端以及开关SW1的另一端相连，电容C2的另一端与电容C3的一端以及开关SW2的一端相连，电容C3的另一端与开关SW2的另一端以及增益选择电容阵列的另一端B相连。开关SW1和开关SW2由不同的控制信号来控制其打开和合上。