本發(fā)明屬于電子放大器領(lǐng)域，尤其涉及了一種用于心電采集的電流反饋放大器。

背景技術(shù)：

心電信號廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)診斷。傳統(tǒng)的心電、心電信號采集儀器體積大、功耗高，只能應(yīng)用于醫(yī)院和診所。可穿戴心電、心電信號采集系統(tǒng)是未來的發(fā)展趨勢，而低功耗、低噪聲的放大器是其中必不可少的模塊。

用于實現(xiàn)心電、心電信號采集的低功耗、低噪聲儀表放大器通常有三種結(jié)構(gòu)，一是三運放儀表放大器，它具有輸入阻抗高、共模抑制比高等優(yōu)點。但是，由于３個跨導(dǎo)放大器共同貢獻噪聲，三運放儀表放大器的噪聲性能較差，且占用的芯片面積也較大。二是電容耦合型放大器，利用反饋電容與偽電阻形成的高通濾波器，有效地濾除了DC失配。但是，偽電阻阻值會隨兩端電壓的變化而變化，且由于阻值較大，電路的啟動時間很長。三是斬波放大器，利用斬波調(diào)制器將低頻的1/f噪聲調(diào)制到高頻處濾除，從而實現(xiàn)低噪聲設(shè)計，但斬波器會引入輸出紋波干擾。

綜上所述，心電信號采集的放大器，既要滿足低噪聲的要求，又要降低電路功耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問題是提供一種用于心電采集的電流反饋放大器，同時滿足低功耗和低噪聲的技術(shù)要求。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于心電采集的電流反饋放大器，包括：

電平轉(zhuǎn)換電路，以小于１的增益將輸出端電壓衰減到合適的范圍內(nèi)，使得在輸出軌到軌的情況下M4管能夠正常工作，用于實現(xiàn)了軌到軌輸出；

后臺數(shù)字失配校準電路，對差分電極失配進行校準，使放大器增益不受差分電極失配的限制，降低了對ADC精度的要求。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案具備以下有益效果：本發(fā)明提供了一種用于心電采集的電流反饋放大器，在不顯著增加制造成本的同時，降低了電路的功耗，有效地改善了電路的噪聲。本發(fā)明的裝置可滿足心電采集系統(tǒng)的技術(shù)要求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種用于心電采集的電流反饋放大器的電路框圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的一種用于心電采集的電流反饋放大器的電平轉(zhuǎn)換電路圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的一種用于心電采集的電流反饋放大器的數(shù)字失配校準原理圖。

圖4是本發(fā)明實施例提供的一種用于心電采集的電流反饋放大器的等效輸入噪聲頻譜圖。

圖5是本發(fā)明實施例提供的一種用于心電采集的電流反饋放大器的電平轉(zhuǎn)換電路前后輸出范圍對比圖。

圖6是本發(fā)明實施例提供的一種用于心電采集的電流反饋放大器的采用后臺數(shù)字失配校準前后輸出波形對比圖。

具體實施方式

下文結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。

參考圖1，一種用于心電采集的電流反饋放大器，包括：

電平轉(zhuǎn)換電路，如圖２所示，包含兩個電阻和一個電壓跟隨器，在輸出端和M4管輸入端之間增加電平轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)輸出軌到軌；通過電阻分壓，將軌到軌的輸出衰減到較小的電壓范圍內(nèi)；電壓跟隨器將電壓轉(zhuǎn)換到適合M4管的范圍內(nèi)；Ｖ_ＯＵＴ和Ｖ_ｂ之間的關(guān)系為：

（1）

在輸出軌到軌的情況下，為了使M4管工作在強反型區(qū)，設(shè)計R_a的值遠大于R_b。V_b電壓范圍小，意味著M4管的跨導(dǎo)保持相對恒定，可以減小由于M3和M4管的跨導(dǎo)值變化而帶來的諧波失真。通過將輸出端的直流電壓調(diào)節(jié)到VDD/2，可以使輸出交流波形軌到軌。為了降低靜態(tài)電流消耗，設(shè)計Ｒ_ａ和Ｒ_ｂ的值較大，不必增大OTA 功耗來驅(qū)動Ｒ_ａ和Ｒ_ｂ。通過降低電壓跟隨器的偏置電流，電平轉(zhuǎn)換電路的功耗僅為50nA，相比儀表放大器整體功耗，可以忽略不計。

后臺數(shù)字失配校準電路，如圖3所示，開關(guān)電容對輸出端進行采樣，利用兩個比較器判斷輸出端是否超出飽和范圍；當(dāng)判斷超出飽和范圍時，逐次逼近型（SAR）邏輯電路產(chǎn)生一組５位輸出來控制５位電流DAC，將輸出端電壓控制在0.2-1.6V范圍內(nèi)。初始條件下，M8管的電流是M7管的3/4，DAC提供另外1/4的電流，通過增大或者減小DAC的電流來校準正或者負的失配電壓；最大可校準輸入失配為：

（2）

其中，ｉ_ＤＡＣ是DAC提供的最大電流值；當(dāng)增益為57dB時，最大可調(diào)輸入失配為3.1mV。

基于0.18μm CMOS工藝對電流反饋型儀表放大器進行仿真。電路供電電壓為1.8V，電流消耗為1.7μA。通過改變Ｒ_２的阻值，實現(xiàn)了49dB, 53dB和57dB三檔閉環(huán)增益。輸入噪聲頻譜圖如圖４所示。當(dāng)Ｒ_２阻值改變時，等效輸入噪聲保持不變，為1.5μＶ（0-100Hz），滿足心電信號采集需求。

圖５給出了采用電平轉(zhuǎn)換電路前后輸出范圍的變化情況。不采用電平轉(zhuǎn)換電路時，最大輸出電壓幅度僅僅為0.2Ｖ；在采用電平轉(zhuǎn)換電路后，輸出電壓幅度為0.8Ｖ，即電壓范圍為0.2-1.6Ｖ，基本實現(xiàn)了輸出軌到軌，付出的代價僅僅是額外的50nA電流消耗。

圖６給出了采用后臺數(shù)字失配校準電路前后的波形圖。在沒有使用后臺數(shù)字失配校準電路情況下，輸出波形出現(xiàn)硬失真；當(dāng)采用后臺數(shù)字失配校準電路后，輸出波形被校準到飽和區(qū)內(nèi)。校準電路持續(xù)工作，以確保儀表放大器輸出電壓沒有超出飽和范圍。除了DC失配電壓動態(tài)失配，溫度漂移等失配也可以通過該數(shù)字失配校準電路來校準。校準過程中引入的信號突變可以在數(shù)字域進行補償。當(dāng)輸出電壓沒有超出飽和區(qū)時，SAR數(shù)字電路模塊不翻轉(zhuǎn)，從而將校準電路功耗降到最低。

本實施例中，所述一種用于心電采集的電流反饋放大器，采用電平轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)了軌到軌輸出；采用后臺數(shù)字失配校準電路校準差分電極失配。本發(fā)明的電流反饋放大器增益為５７ｄＢ時，最大可校準輸入失配為3.1mV；在0-100Hz范圍內(nèi)，等效輸入噪聲為1.5μV(rms），滿足心電信號采集需求；在1.8V電源電壓下，電流消耗僅為1.7μA。仿真結(jié)果表明，電路具有較好的性能，可滿足心電信號采集需求。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例，不以此限定本發(fā)明實施的范圍，依本發(fā)明的技術(shù)方案及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明涵蓋的范圍。