基于CMOS的血氧飽和傳感器接口電路設計
發(fā)布時間：2021-02-11 17:20
近年來,隨著集成電路技術的不斷進步和醫(yī)療設備不斷的更新?lián)Q代,生物醫(yī)學芯片成為IC領域的研究熱點。作為生物信號檢測的重要組成部分,CMOS電路在生物弱信號的降噪、放大和調整方面有著舉足輕重作用。其性能直接決定了是否可以精準提取的生物信號。因此,對其進行深入研究具有重要的意義和價值。本文使用Cadence軟件,針對光容積血氧飽和傳感器,設計了一種基于0.18μm工藝的CMOS接口電路。它主要包括以下五個模塊:前置低噪聲運放模塊、后置高增益運放模塊、抑制基漂模塊、帶通濾波模塊和帶隙基準源模塊。整體電路仿真結果表明:在1.8V電源電壓下,前置低噪聲放大模塊差模增益為23.4dB,增益帶寬為159.17MHz,電源抑制比為82.7dB,共模抑制比為92.4dB,低頻噪聲為662nV/sqrt（Hz）;帶通濾波器截止頻率為0.5Hz40Hz;后置高增益放大模塊增益為40dB,電源電壓抑制比為127.2dB;帶隙基準源溫度系數(shù)為2.136ppm/℃;電路整體功耗為0.642mW;版圖面積為0.083mm2,并且通過了DRC和LVS驗證。通過仿真,電路性能滿...
【文章來源】：黑龍江大學黑龍江省
【文章頁數(shù)】：90 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 課題研究的目的和意義
1.2 國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.3 本文主要研究內容
1.4 本文的設計指標
第2章 光容積血氧測量原理
2.1 光容積血氧測量概述
2.2 光容積血氧測量原理
2.3 光容積脈搏波信號
2.4 接口電路設計目標
2.5 本章小結
第3章 接口電路設計
3.1 電路中噪聲類型及抑制方法
3.1.1 噪聲類型
3.1.2 閃爍噪聲抑制方法
3.2 接口電路運放模塊設計
3.2.1 三運放儀表運算放大器的原理及結構
3.2.2 電流模儀表運算放大器的原理及結構
3.2.3 低噪聲高增益運放模塊設計原理
3.2.4 前置低噪聲運放模塊設計
3.2.5 后置高增益運放模塊設計
3.3 濾波模塊設計
3.3.1 傳統(tǒng)濾波器的原理及結構
3.3.2 帶通濾波模塊設計
3.4 抑制基漂模塊設計
3.5 帶隙基準源模塊設計
3.5.1 帶隙電壓基準的基本原理
3.5.2 傳統(tǒng)帶隙基準電壓源電路結構
3.5.3 高階溫度補償帶隙電壓基準模塊設計
3.6 本章小結
第4章 接口電路仿真
4.1 運算放大器的電路仿真
4.1.1 前置運算放大器電路
4.1.2 前置低噪聲運算放大器電路
4.1.3 后置高增益運算放大器電路
4.2 帶通濾波器電路仿真
4.3 抑制基漂模塊電路仿真
4.4 高階補償帶隙基準源電路仿真
4.5 線性穩(wěn)壓輸出仿真
4.6 整體電路仿真
4.7 本章小結
第5章 接口電路版圖設計
5.1 整體版圖布局
5.2 系統(tǒng)版圖的DRC和 LVS驗證
5.3 本文與其他文獻電路性能參數(shù)比較
5.4 本章小結
結論
參考文獻
致謝
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文
攻讀碩士學位期間取得的科研成果
【參考文獻】：
期刊論文
[1]可穿戴血氧芯片的抗運動干擾算法與電路設計[J]. 鄭朝霞,蔣潘婷,曾小剛,夏恒煬. 華中科技大學學報(自然科學版). 2019(04)
[2]重癥肺炎患者動脈血乳酸及中心靜脈血氧飽和度監(jiān)測的意義[J]. 劉璇,林鳳,管亞慧. 當代醫(yī)學. 2019(09)
[3]脈搏傳感器應用的研究進展[J]. 朱耀斌,李志強,丁楠,伊寒露,沈磊,趙宇東,葉贊凱,張金蕊. 中華實用診斷與治療雜志. 2019(03)
[4]10-4 V級微弱脈沖信號放大電路設計研究[J]. 石苗,吳永仁,管德賽,桂龍剛. 國外電子測量技術. 2019(02)
[5]一種適用于生物微傳感器的接口電路設計[J]. 藍青,吳培鵬,貝煜星,王陽. 電子技術. 2018(10)
[6]基于平滑先驗法去除脈搏波基線漂移[J]. 蘇志剛,呂江波,郝敬堂. 中國醫(yī)學物理學雜志. 2018(10)
[7]光電容積脈搏波描記法（PPG）測試足球運動員賽時心率的準確性研究[J]. 汪雄,陳玉林,張恒亮,王壘,黃國虎,劉鴻優(yōu). 電子世界. 2018(17)
[8]近紅外光譜技術在危重癥患兒中的臨床應用進展[J]. 高慧霞,曲東. 北京醫(yī)學. 2018(07)
[9]一種心率檢測儀的低功耗與抗靜電設計[J]. 秦麗平,劉夢星,連仁菊,江鋒,江河,葉樹明. 中國醫(yī)療設備. 2018(02)
[10]巴特沃思型低通濾波器的歸一化設計[J]. 汪宇,查明,李縱,王衡,劉慶. 艦船電子工程. 2018(01)
碩士論文
[1]基于RFID的脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片研究[D]. 倪立強.天津工業(yè)大學 2018
[2]脈搏和血氧飽和度傳感器芯片的研究[D]. 胡雄偉.天津工業(yè)大學 2017
[3]用于微弱生物信號檢測的低功耗CMOS模擬前端設計[D]. 趙雙.哈爾濱工程大學 2017
本文編號：3029452
【文章來源】：黑龍江大學黑龍江省
【文章頁數(shù)】：90 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 課題研究的目的和意義
1.2 國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.3 本文主要研究內容
1.4 本文的設計指標
第2章 光容積血氧測量原理
2.1 光容積血氧測量概述
2.2 光容積血氧測量原理
2.3 光容積脈搏波信號
2.4 接口電路設計目標
2.5 本章小結
第3章 接口電路設計
3.1 電路中噪聲類型及抑制方法
3.1.1 噪聲類型
3.1.2 閃爍噪聲抑制方法
3.2 接口電路運放模塊設計
3.2.1 三運放儀表運算放大器的原理及結構
3.2.2 電流模儀表運算放大器的原理及結構
3.2.3 低噪聲高增益運放模塊設計原理
3.2.4 前置低噪聲運放模塊設計
3.2.5 后置高增益運放模塊設計
3.3 濾波模塊設計
3.3.1 傳統(tǒng)濾波器的原理及結構
3.3.2 帶通濾波模塊設計
3.4 抑制基漂模塊設計
3.5 帶隙基準源模塊設計
3.5.1 帶隙電壓基準的基本原理
3.5.2 傳統(tǒng)帶隙基準電壓源電路結構
3.5.3 高階溫度補償帶隙電壓基準模塊設計
3.6 本章小結
第4章 接口電路仿真
4.1 運算放大器的電路仿真
4.1.1 前置運算放大器電路
4.1.2 前置低噪聲運算放大器電路
4.1.3 后置高增益運算放大器電路
4.2 帶通濾波器電路仿真
4.3 抑制基漂模塊電路仿真
4.4 高階補償帶隙基準源電路仿真
4.5 線性穩(wěn)壓輸出仿真
4.6 整體電路仿真
4.7 本章小結
第5章 接口電路版圖設計
5.1 整體版圖布局
5.2 系統(tǒng)版圖的DRC和 LVS驗證
5.3 本文與其他文獻電路性能參數(shù)比較
5.4 本章小結
結論
參考文獻
致謝
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文
攻讀碩士學位期間取得的科研成果
【參考文獻】：
期刊論文
[1]可穿戴血氧芯片的抗運動干擾算法與電路設計[J]. 鄭朝霞,蔣潘婷,曾小剛,夏恒煬. 華中科技大學學報(自然科學版). 2019(04)
[2]重癥肺炎患者動脈血乳酸及中心靜脈血氧飽和度監(jiān)測的意義[J]. 劉璇,林鳳,管亞慧. 當代醫(yī)學. 2019(09)
[3]脈搏傳感器應用的研究進展[J]. 朱耀斌,李志強,丁楠,伊寒露,沈磊,趙宇東,葉贊凱,張金蕊. 中華實用診斷與治療雜志. 2019(03)
[4]10-4 V級微弱脈沖信號放大電路設計研究[J]. 石苗,吳永仁,管德賽,桂龍剛. 國外電子測量技術. 2019(02)
[5]一種適用于生物微傳感器的接口電路設計[J]. 藍青,吳培鵬,貝煜星,王陽. 電子技術. 2018(10)
[6]基于平滑先驗法去除脈搏波基線漂移[J]. 蘇志剛,呂江波,郝敬堂. 中國醫(yī)學物理學雜志. 2018(10)
[7]光電容積脈搏波描記法（PPG）測試足球運動員賽時心率的準確性研究[J]. 汪雄,陳玉林,張恒亮,王壘,黃國虎,劉鴻優(yōu). 電子世界. 2018(17)
[8]近紅外光譜技術在危重癥患兒中的臨床應用進展[J]. 高慧霞,曲東. 北京醫(yī)學. 2018(07)
[9]一種心率檢測儀的低功耗與抗靜電設計[J]. 秦麗平,劉夢星,連仁菊,江鋒,江河,葉樹明. 中國醫(yī)療設備. 2018(02)
[10]巴特沃思型低通濾波器的歸一化設計[J]. 汪宇,查明,李縱,王衡,劉慶. 艦船電子工程. 2018(01)
碩士論文
[1]基于RFID的脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片研究[D]. 倪立強.天津工業(yè)大學 2018
[2]脈搏和血氧飽和度傳感器芯片的研究[D]. 胡雄偉.天津工業(yè)大學 2017
[3]用于微弱生物信號檢測的低功耗CMOS模擬前端設計[D]. 趙雙.哈爾濱工程大學 2017
本文編號：3029452
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3029452.html
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