本文關(guān)鍵詞：低功耗心電信號預(yù)處理電路的研究與設(shè)計(jì)

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【摘要】：近十年來,隨著環(huán)境的惡化和物質(zhì)生活水平的提高,人們越來越關(guān)注自身和家人的身體健康狀況,集成電路和醫(yī)學(xué)工程的迅猛發(fā)展為此提供了良好的解決方案——生物醫(yī)學(xué)芯片。心電信號是生物醫(yī)學(xué)信號里最重要的信號之一,能實(shí)時(shí)的反應(yīng)人體的健康狀況,所以監(jiān)測心電信號能有效的將人體的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)字化的體現(xiàn)出來。低功耗的心電信號預(yù)處理電路是個(gè)人健康信息采集系統(tǒng)的最前端為最關(guān)鍵的模塊之一�；诖�,本文在對心電信號的特征和其復(fù)雜的采集環(huán)境的分析的基礎(chǔ)上,采用了低功耗低噪聲技術(shù),設(shè)計(jì)了一款用于體域網(wǎng)(Body Area Network,BAN)的低功耗心電信號預(yù)處理電路。主要包括以下內(nèi)容:首先,采用偽電阻技術(shù)、T型反饋回路、亞閾值和電流平衡放大技術(shù),設(shè)計(jì)了交流耦合電容反饋式和高共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio,CMRR)前置放大器,并采用SMIC 0.18μm CMOS工藝對所設(shè)計(jì)的前置放大器進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果顯示,所設(shè)計(jì)的低功耗低噪聲放大器等效輸入噪聲在大于0.1Hz時(shí)小于1.72μV/Hz,交流耦合電容反饋式放大器在通帶內(nèi)放大倍數(shù)為39.8倍,高CMRR前置放大器在低頻處的CMRR為117dB。其次,在分析集成濾波器電路設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,分別設(shè)計(jì)了二階有源帶通濾波器、gmC高階帶通濾波器、有源型50Hz陷波濾波器和gmC型50Hz陷波濾波器,并采用SMIC 0.18μm CMOS工藝對所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果顯示,有源型帶通濾波器的帶通頻率范圍為0.1Hz-158.3Hz,gmC型50Hz陷波濾波器的中心陷波頻率為50Hz,衰減幅度為-44dB。最后,本文對帶二階帶隙基準(zhǔn)的線性穩(wěn)壓器偏置電路和增益可調(diào)推挽輸出后級放大器等心電信號預(yù)處理電路的核心模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì),并結(jié)合本文所設(shè)計(jì)的低噪聲低功耗高CMRR前置放大器以及二階有源帶通和gmC型50Hz陷波濾波器,設(shè)計(jì)給出了一款低功耗心電信號預(yù)處理電路,并采用SMIC 0.18μm CMOS工藝對所設(shè)計(jì)心電信號預(yù)處理電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,采用1.8V單電源供電,平均功耗約為1.46μW。通帶頻率范圍為0.066Hz-154.6Hz,中心陷波頻率為50Hz,其衰減幅度為-48.9dB,默認(rèn)通帶放大倍數(shù)為45.9dB,輸入等效噪聲小于40μV/Hz。能實(shí)現(xiàn)放大心電信號和濾除其他干擾的作用,基本滿足應(yīng)用于BAN的心電信號采集系統(tǒng)的要求。
【關(guān)鍵詞】：心電信號 低功耗 BAN 陷波器 帶隙基準(zhǔn) 預(yù)處理
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.7;TN702
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 心電信號預(yù)處理電路國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 主要工作和結(jié)構(gòu)安排14-15
• 第2章 心電信號預(yù)處理電路的性能分析15-32
• 2.1 心電信號及采集電極簡介15-19
• 2.1.1 心電信號簡介15-16
• 2.1.2 采集電極16-19
• 2.2 心電信號預(yù)處理電路的難點(diǎn)19-22
• 2.3.1 心電信號自身特性的影響19
• 2.3.2 失調(diào)電壓的影響19-20
• 2.3.3 其他干擾的影響20-22
• 2.3.4 低功耗的應(yīng)用要求22
• 2.3 心電信號預(yù)處理電路的性能分析22-31
• 2.3.1 心電信號預(yù)處理電路的性能分析22-23
• 2.3.2 噪聲源及噪聲類型23-26
• 2.3.3 低噪聲設(shè)計(jì)分析26-27
• 2.3.4 低失調(diào)電壓設(shè)計(jì)分析27-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 心電信號預(yù)處理的前置放大器子電路設(shè)計(jì)32-48
• 3.1 儀表放大器及“交流耦合電容反饋式”放大器分析32-33
• 3.2“交流耦合電容反饋式”放大器的電路設(shè)計(jì)33-43
• 3.2.1 高阻值的偽電阻設(shè)計(jì)34-35
• 3.2.2 低噪聲低功耗放大器的設(shè)計(jì)35-39
• 3.2.3 交流耦合電容反饋式放大器電路設(shè)計(jì)39-42
• 3.2.4 交流耦合電容反饋式放大器版圖設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證42-43
• 3.3 高CMRR放大器的設(shè)計(jì)43-47
• 3.3.1 高CMRR放大器的電路設(shè)計(jì)43-45
• 3.3.2 高CMRR放大器的版圖設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 心電信號預(yù)處理的帶通及陷波濾波器子電路設(shè)計(jì)48-58
• 4.1 帶通濾波器設(shè)計(jì)48-53
• 4.1.1 二階有源帶通濾波器設(shè)計(jì)48-51
• 4.1.2 高階gmC帶通濾波器設(shè)計(jì)51-53
• 4.2 陷波濾波器設(shè)計(jì)53-57
• 4.2.1 有源型陷波濾波器設(shè)計(jì)53-55
• 4.2.2 gmC型陷波濾波器設(shè)計(jì)55-57
• 4.3 本章小結(jié)57-58
• 第5章 心電信號預(yù)處理電路總體電路設(shè)計(jì)58-81
• 5.1 低功耗心電信號預(yù)處理電路的整體電路設(shè)計(jì)58-59
• 5.2 電流偏置及電壓偏置59-71
• 5.2.1 電流偏置設(shè)計(jì)59-60
• 5.2.2 電壓偏置設(shè)計(jì)60-71
• 5.3 后級放大器設(shè)計(jì)71-76
• 5.3.1 Class-AB型輸出放大器設(shè)計(jì)71-74
• 5.3.2 增益可調(diào)后級放大器設(shè)計(jì)74-76
• 5.4 低功耗心電信號預(yù)處理電路的整體版圖設(shè)計(jì)及電路仿真76-80
• 5.5 本章小結(jié)80-81
• 第6章 全文工作總結(jié)與展望81-83
• 6.1 全文工作總結(jié)81-82
• 6.2 工作展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 致謝88-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間從事的科研工作及取得的成果89

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王娟;陳皇宇;;基于智能健康管理系統(tǒng)新模式的進(jìn)展與趨勢[J];微型電腦應(yīng)用;2012年01期

2 桂靜宜;;二階有源低通濾波電路的設(shè)計(jì)與分析[J];電子科技;2010年10期

3 魏彬;賈存良;;腦電信號預(yù)處理電路的設(shè)計(jì)[J];中國組織工程研究與臨床康復(fù);2007年22期

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本文編號：1122386