本實用新型涉及集成電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低功耗低噪聲電流反饋型儀表放大器。

背景技術(shù)：

隨著生物醫(yī)學傳感技術(shù)、集成電路技術(shù)等快速發(fā)展，采用電池工作的便攜式可穿戴設(shè)備越來越多，研發(fā)低功耗、低噪聲的集成電路是實現(xiàn)高品質(zhì)持久耐用的便攜式電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)和迫切需要，低功耗低噪聲設(shè)計是便攜式電子設(shè)備的重要優(yōu)化設(shè)計目標。

對于可穿戴設(shè)備中的生物醫(yī)學低頻信號采集所面臨的噪聲和直流失調(diào)等問題，目前通常的方法是采用斬波等技術(shù)來進行性能優(yōu)化。而生物醫(yī)學信號處理中存在的共模失調(diào)電壓可以采用輸入預處理電路的隔直功能進行抑制，同時采用電流反饋型儀表放大器提高共模抑制比。但是，在傳統(tǒng)的電流反饋型儀表放大器中，由于輸入跨導支路和反饋跨導支路的晶體管寬長比相同。對比電流反饋型儀表放大器和普通的折疊共源共柵放大器可知，由于增加了反饋跨導支路，其輸出噪聲和功耗都會相應(yīng)的增加。因而非常有必要對生物醫(yī)學信號處理前端集成電路中傳統(tǒng)的電流反饋型儀表放大器的噪聲和功耗性能進行設(shè)計優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的電流反饋型儀表放大器中存在的噪聲較大和功耗較高的問題，提供一種低功耗低噪聲電流反饋型儀表放大器。

為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種低功耗低噪聲電流反饋型儀表放大器，由輸入預處理電路I0、運算跨導放大電路I1和電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2組成；所述運算跨導放大電路I1包括輸入跨導支路和反饋跨導支路；輸入跨導支路由PMOS晶體管PM10、PMOS晶體管PM11和PMOS晶體管PM14構(gòu)成；反饋跨導支路由PMOS晶體管PM12、PMOS晶體管PM13和PMOS晶體管PM15構(gòu)成；在晶體管長度相同的情況下，輸入跨導差分晶體管對即PMOS晶體管PM10和PMOS晶體管PM11的寬長比是反饋跨導差分晶體管對即PMOS晶體管PM12和PM13的寬長比的N倍，且偏置晶體管對即PMOS晶體管PM14寬長比是PMOS晶體管PM15的寬長比的N倍；上述N大于1。

上述方案中，所述N的取值范圍為1＜N≤10。

上述方案中，輸入預處理電路I0的同相輸入端VIP0形成該放大器的同相輸入端VIP，輸入預處理電路I0的反相輸入端VIN0形成該放大器的反相輸入端VIN；輸入預處理電路I0的差分同相輸出端VOUTP0接運算跨導放大電路I1的同相差分輸入端VIP1；輸入預處理電路I0的差分反相輸出端VOUTN0接運算跨導放大電路I1的反相差分輸入端VIN1；運算跨導放大電路I1的同相反饋輸入端VFBP接電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相輸出端VOUTP2；運算跨導放大電路I1的反相反饋輸入端VFBN接電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相輸出端VOUTN2；運算跨導放大電路I1的同相輸出端VOUTP1與電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相輸入端VIP2相連后，形成該放大器的同相輸出端VOUTP；運算跨導放大電路I1的反相輸出端VOUTN1與電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相輸入端VIN2相連后，形成該放大器的反相輸出端VOUTN；輸入預處理電路I0的同相時鐘輸入端CLK、電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相時鐘輸入端CLK和運算跨導放大電路I1的同相時鐘輸入端CLK相連后，形成該放大器的同相時鐘輸入端CLK；輸入預處理電路I0的反相時鐘輸入端CLK_N、電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相時鐘輸入端CLK_N和電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相時鐘輸入端CLK_N和運算跨導放大電路I1的反相時鐘輸入端CLK_N相連后，形成該放大器的反相時鐘輸入端CLK_N；輸入預處理電路I0的輸入電壓參考端VREF_IN形成該放大器的輸入電壓參考端VREF_IN。

上述方案中，所述運算跨導放大電路I1包含14個PMOS晶體管PM10～PM24，12個NMOS晶體管NM12～NM21，2個電容C10～C11，以及2個電阻R10～R11；PMOS晶體管PM10的柵端形成該運算跨導放大電路I1的同相差分輸入端VIP1；PMOS晶體管PM11的柵端形成該運算跨導放大電路I1的反相差分輸入端VIN1；PMOS晶體管PM13的柵端形成該運算跨導放大電路I1的同相反饋輸入端VFBP；PMOS晶體管PM12的柵端形成該運算跨導放大電路I1的反相反饋輸入端VFBN；PMOS晶體管PM10的源端、PMOS晶體管PM11的源端、PMOS晶體管PM10端的阱接觸端、PMOS晶體管PM11的阱接觸端和PMOS晶體管PM14的漏端相連接；PMOS晶體管PM12的源端、PMOS晶體管PM13的源端、PMOS晶體管PM12的阱接觸端、PMOS晶體管PM13的阱接觸端和PMOS晶體管PM15的漏端相連接；PMOS晶體管PM14的柵端、PMOS晶體管PM15的柵端、PMOS晶體管PM20的柵端和PMOS晶體管PM21的柵端相連后，形成該運算跨導放大電路I1的輸入偏置端VBP1；PMOS晶體管PM18的柵端和PMOS晶體管PM19的柵端相連后，形成該運算跨導放大電路I1的輸入偏置端VBP2；PMOS晶體管PM24的柵端、PMOS晶體管PM27的柵端、NMOS晶體管NM15的柵端和NMOS晶體管NM16的柵端相連后，形成該運算跨導放大電路I1的同相時鐘輸入端CLK；PMOS晶體管PM25的柵端、PMOS晶體管PM26的柵端、NMOS晶體管NM14的柵端和NMOS晶體管NM16的柵端相連后，形成該運算跨導放大電路I1的反相時鐘輸入端CLK_N；PMOS晶體管PM24的源端、PMOS晶體管PM26的源端和PMOS晶體管PM18的漏端相連接；PMOS晶體管PM25的源端、PMOS晶體管PM27的源端和PMOS晶體管PM19的漏端相連接；PMOS晶體管PM24的漏端、PMOS晶體管PM25 的漏端和PMOS晶體管PM16的源端相連接；PMOS晶體管PM16的柵端和PMOS晶體管PM17的柵端相連后，形成該運算跨導放大電路I1的輸入偏置端VPBC；PMOS晶體管PM26的漏端、PMOS晶體管PM27的漏端和PMOS晶體管PM17的源端相連接；PMOS晶體管PM22的源端、PMOS晶體管PM23的源端、PMOS晶體管PM20的漏端和PMOS晶體管PM21的漏端相連接；PMOS晶體管PM22的柵端、電阻R10的一端、PMOS晶體管PM16的漏端和NMOS晶體管NM12的漏端相連接；PMOS晶體管PM23的柵端、電阻R11的一端、PMOS晶體管PM17的漏端和NMOS晶體管NM13的漏端相連接；PMOS晶體管PM22的漏端、NMOS晶體管NM20的漏端和電容C10的一端相連后，形成該運算跨導放大電路I1的同相輸出端VOUTP1；PMOS晶體管PM23的漏端、NMOS晶體管NM21的漏端、電容C11的一端相連后，形成該運算跨導放大電路I1的反相輸出端VOUTN1；NMOS晶體管NM18的柵端和NMOS晶體管NM19的柵端相連后，形成該運算跨導放大電路I1的共模反饋輸入端VCMFB1；PMOS晶體管PM10的漏端、PMOS晶體管PM12的漏端、NMOS晶體管NM14的源端、NMOS晶體管NM15的源端和NMOS晶體管NM18的漏端相連接；PMOS晶體管PM11的漏端、PMOS晶體管PM13的漏端、NMOS晶體管NM16的源端、NMOS晶體管NM17的源端和NMOS晶體管NM19的漏端相連接；NMOS晶體管NM14的漏端、NMOS晶體管NM16的漏端和NMOS晶體管NM12的源端相連接；NMOS晶體管NM15的漏端、NMOS晶體管NM17的漏端和NMOS晶體管NM13的源端相連接；NMOS晶體管NM12的柵端和NMOS晶體管NM13的柵端相連后，形成該運算跨導放大電路I1的輸入偏置端VBNC；NMOS晶體管NM20的柵端和NMOS晶體管NM21的柵端相連后，形成該運算跨導放大電路I1的共模反饋輸入端VCMFB2；電阻R10的另一端和電容C10的另一端相連接，電阻R11的另一端電容C11的另一端相連接；PMOS晶體管PM15～PM23的阱接觸端、PMOS晶體管PM14～PM15的源端和PMOS晶體管PM20～PM21的源端同時接電源端VDD；NMOS晶體管NM12～NM21的阱接觸端和NMOS晶體管NM18～NM21的源端同時接地端GND。

上述方案中，所述輸入預處理電路I0包含4個PMOS晶體管PM0～PM3，2個開關(guān)電路SW0～SW1，以及2個電容C0～C1；開關(guān)電路SW0的輸入端IN形成該輸入預處理電路I0的同相輸入端VIP0；開關(guān)電路SW1的輸入端IN形成該輸入預處理電路I0的反相輸入端VIN0；開關(guān)電路SW0的同相時鐘輸入端CLK和開關(guān)電路SW1的同相時鐘輸入CLK相連后，形成該輸入預處理電路I0的同相時鐘輸入端CLK；開關(guān)電路SW0的反相時鐘輸入端CLK_N和開關(guān)電路SW1的反相時鐘輸入端CLK_N相連后，形成該輸入預處理電路I0的反相時鐘輸入端CLK_N；開關(guān)電路SW0的同相輸出端VOP、開關(guān)電路SW1的反相輸入端VON與電容C0的一端連接；開關(guān)電路SW1的同相輸出端VOP、開關(guān)電路SW0的反相輸出端VON與電容C1的一端連接；PM0管的漏端、PM1管的源端、PM0管的柵端PM1管的柵端連接在一起；PM3管的漏端、PM2管的源端、PM3管的柵端和PM2管的柵端連接在一起；PMOS晶體管PM0 的源端與PMOS晶體管PM3的源端相連后，形成該輸入預處理電路I0的輸入電壓參考端VREF_IN；電容C0的另一端與PMOS晶體管PM1的漏端相連后，形成該輸入預處理電路I0的同相輸出端VOUTP0；電容C1的另一端與PMOS晶體管PM2的漏端相連后，形成該輸入預處理電路I0的反相輸出端VOUTN0。

上述方案中，所述電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2包含4個PMOS晶體管PM40～PM43，4個電容C20～C23，以及2個開關(guān)電路SW30～SW31；開關(guān)電路SW30的輸入端IN形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相輸入端VIP2；開關(guān)電路SW31的輸入端IN形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相輸入端VIN2；開關(guān)電路SW30的同相輸出端VOP、開關(guān)電路SW31的反相輸出端VON、PMOS晶體管PM40的源端與電容C20的一端連接；開關(guān)電路SW30管的反相輸出端VON、開關(guān)電路SW31管的同相輸出端VOP、PM42管的源端與電容C21的一端連接；開關(guān)電路SW30的同相時鐘輸入端CLK和開關(guān)電路SW31的同相時鐘輸入CLK相連后，形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相時鐘輸入端CLK；開關(guān)電路SW30的反相時鐘輸入端CLK_N和開關(guān)電路SW31的反相時鐘輸入端CLK_N相連后，形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相時鐘輸入端CLK_N；PMOS晶體管PM40的漏端、PMOS晶體管PM41的源端、PMOS晶體管PM40的柵端和PMOS晶體管PM41的柵端相連接；PMOS晶體管PM42的漏端、PMOS晶體管PM43的源端、PMOS晶體管PM41的柵端和PMOS晶體管PM43的柵端相連接；PMOS晶體管PM41的漏端、電容C20的另一端和電容C22的一端相連后，形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相輸出端VOUTP2；PMOS晶體管PM43的漏端、電容C21的另一端、電容C23的一端相連后，形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相輸出端VOUTN2；電容C22的另一端和電容C23的另一端同時接地。

上述方案中，所述開關(guān)電路包含NMOS晶體管NM0和NM1；NMOS晶體管NM0的源端和NMOS晶體管NM1的源端相連后，形成該開關(guān)電路的輸入端IN；NMOS晶體管NM0的襯底接觸端與NMOS晶體管NM1的襯底接觸端同時接低電平；NMOS晶體管NM0的柵端形成該開關(guān)電路的同相時鐘輸入端CLK，NMOS晶體管NM1的柵端形成該開關(guān)電路的反相時鐘輸入端CLK_N；NMOS晶體管NM0的漏端形成該開關(guān)電路的同相輸出端VOP，NMOS晶體管NM1的漏端形成該開關(guān)電路的反向輸出端VON。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型可以通過等比例縮小反饋跨導晶體管支路的電流及其晶體管的寬長比，來降低電流反饋型儀表放大器的功耗與噪聲。此外，本實用新型還可以降低傳統(tǒng)電流反饋型儀表放大器中反饋電容的值。由于系統(tǒng)增益是由反饋電容的比值，以及輸入跨導支路的跨導與反饋跨導支路的跨導的比值的乘積共同決定的。提高輸入跨導支路差分對晶體管的跨導和反饋跨導支路差分對晶體管的跨導的比值后，反饋電容的比值可以得到相應(yīng)的降低。這樣，實現(xiàn)反饋電容所需要的芯片面積就能夠得到降低，就可以實現(xiàn)更小的芯片面積和成本。

附圖說明

圖1為低功耗低噪聲電流反饋型儀表放大器的原理框圖。

圖2為輸入預處理電路的原理圖。

圖3為等比縮小反饋跨導的OTA電路的原理圖。

圖4為電容反饋網(wǎng)絡(luò)的原理圖。

圖5為開關(guān)電路的原理圖。

圖6為改進前后斬波放大器的PNOISE仿真得到的仿真結(jié)果圖。

具體實施方式

一種低功耗低噪聲電流反饋型儀表放大器，如圖1所示，包括輸入預處理電路I0、運算跨導放大(OTA)電路和電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2。輸入預處理電路I0的同相輸入端VIP0形成該放大器的同相輸入端VIP，輸入預處理電路I0的反相輸入端VIN0形成該放大器的反相輸入端VIN。輸入預處理電路I0的差分同相輸出端VOUTP0接OTA電路I1的同相差分輸入端VIP1。輸入預處理電路I0的差分反相輸出端VOUTN0接OTA電路I1的反相差分輸入端VIN1。OTA電路I1的同相反饋輸入端VFBP接電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相輸出端VOUTP2。OTA電路I1的反相反饋輸入端VFBN接電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相輸出端VOUTN2。OTA電路I1的同相輸出端VOUTP1與電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相輸入端VIP2相連后，形成該放大器的同相輸出端VOUTP。OTA電路I1的反相輸出端VOUTN1與電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相輸入端VIN2相連后，形成該放大器的反相輸出端VOUTN。輸入預處理電路I0的同相時鐘輸入端CLK、電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相時鐘輸入端CLK和OTA電路I1的同相時鐘輸入端CLK相連后，形成該放大器的同相時鐘輸入端CLK。輸入預處理電路I0的反相時鐘輸入端CLK_N、電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相時鐘輸入端CLK_N和電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相時鐘輸入端CLK_N和OTA電路I1的反相時鐘輸入端CLK_N相連后，形成該放大器的反相時鐘輸入端CLK_N。輸入預處理電路I0的輸入電壓參考端VREF_IN形成該放大器的輸入電壓參考端VREF_IN。

上述輸入預處理電路I0如圖2所示，包含4個PMOS晶體管PM0～PM3，2個開關(guān)電路SW0～SW1，以及2個電容C0～C1。開關(guān)電路SW0的輸入端IN形成該輸入預處理電路I0的同相輸入端VIP0。開關(guān)電路SW1的輸入端IN形成該輸入預處理電路I0的反相輸入端VIN0。開關(guān)電路SW0的同相時鐘輸入端CLK和開關(guān)電路SW1的同相時鐘輸入CLK相連后，形成該輸入預處理電路I0的同相時鐘輸入端CLK。開關(guān)電路SW0的反相時鐘輸入端CLK_N和開關(guān)電路SW1的反相時鐘輸入端CLK_N相連后，形成該輸入預處理電路I0的反相時鐘輸入端CLK_N。開關(guān)電路SW0的同相輸出端VOP、開關(guān)電路SW1的反相輸入端VON與電容C0的一端連接。開關(guān)電路SW1的同相輸出端VOP、開關(guān)電路SW0的反相輸出端VON與電容C1的一端連接。PM0管的漏端、PM1管的源端、PM0管的柵端PM1管的柵端連接在一起。PM3管的漏端、PM2管的源端、PM3管的柵端和PM2管的柵端連接在一起。PMOS晶體管PM0的源端與PMOS晶體管PM3的源端相連后，形成該輸入預處理電路I0的輸入電壓參考端VREF_IN。電容C0的另一端與PMOS晶體管PM1的漏端相連后，形成該輸入預處理電路I0的同相輸出端VOUTP0。電容C1的另一端與PMOS晶體管PM2的漏端相連后，形成該輸入預處理電路I0的反相輸出端VOUTN0。輸入預處理電路I0包含輸入斬波、隔直和偏置的功能。輸入預處理電路I0能夠減小生物電信號中直流失調(diào)，防止運放輸出飽和。同時，輸入預處理電路I0本身也是一個高通濾波器，能夠一定程度上抑制極低頻率下的1/f噪聲，其偏置功能為OTA的輸入提供合適的直流偏置電壓。

上述OTA電路I1如圖3所示，包含14個PMOS晶體管PM10～PM24，12個NMOS晶體管NM12～NM21，2個電容C10～C11，以及2個電阻R10～R11。其中PMOS晶體管PM10、PM11和PM14構(gòu)成輸入跨導支路。PMOS晶體管PM12、PM13和PM15構(gòu)成反饋跨導支路。

輸入跨導之路中，PMOS晶體管PM10的柵端形成該OTA電路I1的同相差分輸入端VIP1。PMOS晶體管PM11的柵端形成該OTA電路I1的反相差分輸入端VIN1。PMOS晶體管PM10的源端、PMOS晶體管PM11的源端、PMOS晶體管PM10端的阱接觸端、PMOS晶體管PM11的阱接觸端和PMOS晶體管PM14的漏端相連接。

反饋跨導支路中，PMOS晶體管PM13的柵端形成該OTA電路I1的同相反饋輸入端VFBP。PMOS晶體管PM12的柵端形成該OTA電路I1的反相反饋輸入端VFBN。PMOS晶體管PM12的源端、PMOS晶體管PM13的源端、PMOS晶體管PM12的阱接觸端、PMOS晶體管PM13的阱接觸端和PMOS晶體管PM15的漏端相連接。

OTA第一級輸出支路中，PMOS晶體管PM14的柵端、PMOS晶體管PM15的柵端、PMOS晶體管PM20的柵端和PMOS晶體管PM21的柵端相連后，形成該OTA電路I1的輸入偏置端VBP1。PMOS晶體管PM18的柵端和PMOS晶體管PM19的柵端相連后，形成該OTA電路I1的輸入偏置端VBP2。PMOS晶體管PM24的柵端、PMOS晶體管PM27的柵端、NMOS晶體管NM15的柵端和NMOS晶體管NM16的柵端相連后，形成該OTA電路I1的同相時鐘輸入端CLK。PMOS晶體管PM25的柵端、PMOS晶體管PM26的柵端、NMOS晶體管NM14的柵端和NMOS晶體管NM16的柵端相連后，形成該OTA電路I1的反相時鐘輸入端CLK_N。PMOS晶體管PM24的源端、PMOS晶體管PM26的源端和PMOS晶體管PM18的漏端相連接。PMOS晶體管PM25的源端、PMOS晶體管PM27的源端和PMOS晶體管PM19的漏端相連接。PMOS晶體管PM24的漏端、PMOS晶體管PM25的漏端和PMOS晶體管PM16的源端相連接。PMOS晶體管PM16的柵端和PMOS晶體管PM17的柵端相連后，形成該OTA電路I1的輸入偏置端VPBC。PMOS晶體管PM26的漏端、PMOS晶體管PM27的漏端和PMOS晶體管PM17的源端相連接。PMOS晶體管PM10的漏端、PMOS晶體管PM12的漏端、NMOS晶體管NM14的源端、NMOS晶體管NM15的源端和NMOS晶體管NM18的漏端相連接。PMOS晶體管PM11的漏端、PMOS晶體管PM13的漏端、NMOS晶體管NM16的源端、NMOS晶體管NM17的源端和NMOS晶體管NM19的漏端相連接。NMOS晶體管NM14的漏端、NMOS晶體管NM16的漏端和NMOS晶體管NM12的源端相連接。NMOS晶體管NM15的漏端、NMOS晶體管NM17的漏端和NMOS晶體管NM13的源端相連接。NMOS晶體管NM12的柵端和NMOS晶體管NM13的柵端相連后，形成該OTA電路I1的輸入偏置端VBNC。

OTA電路第二級電路中，PMOS晶體管PM22的源端、PMOS晶體管PM23的源端、PMOS晶體管PM20的漏端和PMOS晶體管PM21的漏端相連接。PMOS晶體管PM22的柵端、電阻R10的一端、PMOS晶體管PM16的漏端和NMOS晶體管NM12的漏端相連接。PMOS晶體管PM23的柵端、電阻R11的一端、PMOS晶體管PM17的漏端和NMOS晶體管NM13的漏端相連接。PMOS晶體管PM22的漏端、NMOS晶體管NM20的漏端和電容C10的一端相連后，形成該OTA電路I1的同相輸出端VOUTP1。PMOS晶體管PM23的漏端、NMOS晶體管NM21的漏端、電容C11的一端相連后，形成該OTA電路I1的反相輸出端VOUTN1。NMOS晶體管NM20的柵端和NMOS晶體管NM21的柵端相連后，形成該OTA電路I1的共模反饋輸入端VCMFB2。電阻R10的另一端和電容C10的另一端相連接，電阻R11的另一端電容C11的另一端相連接。

PMOS晶體管PM15～PM23的阱接觸端、PMOS晶體管PM14～PM15的源端和PMOS晶體管PM20～PM21的源端同時接電源端VDD。NMOS晶體管NM12～NM21的阱接觸端、NMOS晶體管NM18～NM21的源端同時接地端GND。

電流反饋型儀表放大器的輸入差分對晶體管的跨導和反饋差分對晶體管跨導的比例為1：1，相對應(yīng)的反饋網(wǎng)絡(luò)的電容比值特別的大。例如，若實現(xiàn)40dB的增益需要實現(xiàn)100：1的反饋電容的比值。由于最小單位電容的限制，這樣的設(shè)計既占用大量的芯片面積又使得反饋網(wǎng)絡(luò)的電容失配會較大。因此，本實用新型在晶體管長度相同的情況下，輸入跨導差分晶體管對即PMOS晶體管PM10及PMOS晶體管PM11的寬長比是反饋跨導差分晶體管對即PMOS晶體管PM12及PM13的寬長比的N倍，且偏置晶體管對即PMOS晶體管PM14寬長比是PMOS晶體管PM15的寬長比的N倍。N值由具體應(yīng)用系統(tǒng)所要求的增益、工藝參數(shù)以及噪聲與功耗要求決定，上述N值應(yīng)大于1，同時N的取值不應(yīng)太大。在工程應(yīng)用中，若N值過大，工藝偏差的存在會使得電路的增益與設(shè)計值出現(xiàn)較大的偏差，通常N值選擇在1＜N≤10的范圍內(nèi)。通過等比例縮小反饋跨導的偏置電流和晶體管的寬長比，來降低其噪聲和功耗。采用改進的電流反饋型儀表放大器，可以在實現(xiàn)相同的增益的情況下實現(xiàn)更低的電路噪聲和功耗，同時也降低電路中的反饋電容器件的值，節(jié)省芯片面積和成本。

上述電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2如圖4所示，包含4個PMOS晶體管PM40～PM43，4個電容C20～C23，以及2個開關(guān)電路SW30～SW31。開關(guān)電路SW30的輸入端IN形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相輸入端VIP2。開關(guān)電路SW31的輸入端IN形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相輸入端VIN2。開關(guān)電路SW30的同相輸出端VOP、開關(guān)電路SW31的反相輸出端VON、PMOS晶體管PM40的源端與電容C20的一端連接。開關(guān)電路SW30管的反相輸出端VON、開關(guān)電路SW31管的同相輸出端VOP、PM42管的源端與電容C21的一端連接。開關(guān)電路SW30的同相時鐘輸入端CLK和開關(guān)電路SW31的同相時鐘輸入CLK相連后，形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相時鐘輸入端CLK。開關(guān)電路SW30的反相時鐘輸入端CLK_N和開關(guān)電路SW31的反相時鐘輸入端CLK_N相連后，形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相時鐘輸入端CLK_N。PMOS晶體管PM40的漏端、PMOS晶體管PM41的源端、PMOS晶體管PM40的柵端和PMOS晶體管PM41的柵端相連接。PMOS晶體管PM42的漏端、PMOS晶體管PM43的源端、PMOS晶體管PM41的柵端和PMOS晶體管PM43的柵端相連接。PMOS晶體管PM41的漏端、電容C20的另一端和電容C22的一端相連后，形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的同相輸出端VOUTP2。PMOS晶體管PM43的漏端、電容C21的另一端、電容C23的一端相連后，形成該電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2的反相輸出端VOUTN2。電容C22的另一端和電容C23的另一端同時接地。

上述輸入預處理電路I0和電容反饋網(wǎng)絡(luò)I2中所使用的開關(guān)電路如圖5所示，包含NMOS晶體管NM0和NM1。NMOS晶體管NM0的源端和NMOS晶體管NM1的源端相連后，形成該開關(guān)電路的輸入端IN。NMOS晶體管NM0的襯底接觸端與NMOS晶體管NM1的襯底接觸端同時接低電平。NMOS晶體管NM0的柵端形成該開關(guān)電路的同相時鐘輸入端CLK，NMOS晶體管NM1的柵端形成該開關(guān)電路的反相時鐘輸入端CLK_N。NMOS晶體管NM0的漏端形成該開關(guān)電路的同相輸出端VOP，NMOS晶體管NM1的漏端形成該開關(guān)電路的反向輸出端VON。斬波技術(shù)的應(yīng)用(SW0和SW1為斬波開關(guān))可以大幅度降低閃爍(1/f)噪聲，而1/f噪聲是低頻信號處理電路中最主要的噪聲來源。采用電流反饋型儀表放大器能夠大幅提高電路對共模失調(diào)電壓的抑制能力，這對低頻生物醫(yī)學信號而言是極其重要的。

電流反饋型儀表放大器的輸入跨導支路、反饋跨導支路和共源共柵支路使用相等的偏置電流。

其中，g_mp10為晶體管MP10的跨導，g_mp12為晶體管MP12的跨導，g_mp18為晶體管MP18的跨導，g_mn18為晶體管MN18的跨導。

由公式1可知：電流反饋型儀表放大器電路的輸入跨導、反饋跨導和共源共柵結(jié)構(gòu)中近電源的PMOS晶體管和共源共柵結(jié)構(gòu)中近地的NMOS晶體管是運算放大器等效輸入噪聲的最主要貢獻者。當采用等比例縮小反饋跨導(通過等比例縮小反饋跨導支路差分對晶體管的電流并同時縮小其晶體管寬長比的方式實現(xiàn))，可以降低共源共柵結(jié)構(gòu)中電流鏡晶體管的電流和跨導。等比例縮小反饋跨導后，輸出噪聲因為跨導g_mp10、g_mp12和g_mp18的減小而降低，1/f噪聲因為斬波技術(shù)的應(yīng)用被搬移到目標帶寬外而對輸出噪聲基本沒有影響。因此這樣的改進可以改善傳統(tǒng)電流反饋儀表放大器的功耗、噪聲較大的不足。同時，由公式2可知，在固定的增益的情況下，反饋跨導即晶體管MP12的跨導的減小使反饋環(huán)路中電容C₂₂的絕對值得到降低，節(jié)省了芯片面積和成本。

經(jīng)過0.18μm CMOS工藝設(shè)計的電路實例仿真結(jié)果如附圖6所示。圖中改進前的電路在100Hz情況下的等效輸入噪聲為88nV/sqrt(Hz)，改進后的電路在100Hz情況下的等效輸入噪聲為62nV/sqrt(Hz)，按照噪聲功率核算等效輸入噪聲降低了約50％。放大器的第一級降低功耗約27％。實例驗證表明：改進的電路能夠有效的降低電路的噪聲和功耗。

需要強調(diào)的是：以上僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型專利作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型專利的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型專利技術(shù)方案的范圍內(nèi)。