应用于无线体域网的模拟前端集成电路研究与设计

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无线体域网(WBAN)是一个交叉技术领域,与半导体技术、生物医学、无线通信等技术有着密不可分的关系。它的诞生使远程医疗成为可能,成为近年来的研究热点。模拟前端电路作为生物医学信号采集的最前端电路,对整个系统的性能有着较大的影响,在无线体域网中有着重要的作用。  本文基于无线体域网和生物医学信号的原理,对模拟前端电路的设计难点进行了分析、讨论,设计了适合无线体域网应用的生物电信号采集模拟前端集成电路。整个电路包括前置放大器、低通滤波器和可编程增益放大器(PGA)。电路具有低功耗、低噪声、高共模抑制比等性能。  前置放大器采用嵌套斩波技术减小低频1/f噪声,差分差值输入、交叉耦合结构增加共模抑制比,T型电容反馈减小芯片面积。在1.8 V电源电压下,静态电流为35μA,闭环增益为40.6 dB,CMRR为125 dB,输入等效噪声仅为15.24 nV/sqrt(Hz)(@100 Hz),即150 nVrms(0.01-100 Hz)。滤波器采用五阶巴特沃斯低通滤波结构和高增益的两级单端输出OTA,无需共模反馈电路,同时能效地消除二次谐波失真。其中OTA电路采用亚阈值区驱动、电流分流和源极负反馈等技术,以获得更低的恒定跨导值、更宽的线性范围和更低的谐波失真。滤波器在1.8 V电源电压下,静态电流为9.8μA,截止频率为100-500 Hz,直流增益为-6 dB,阻带衰减为100 dB每十倍频,三次谐波失真小于-62 dB@400 mV。PGA采用了电容负反馈结构,四位数字信号控制增益,四位数字信号控制低通角频率,一个压控端控制高通角频率。电路工作在1.8 V电源电压下,静态电流为38.3μA,增益为4.5-43.3 dB,高通角频率调范围为0.15-1000 Hz,低通角频率调范围为250-3600 Hz。经过级联与后仿真验证,结果表明本模拟前端性能良好,适合应用于无线体域网。
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