用于心电信号釆集系统的模拟前端电路研究

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1、爲凌扭种我苗圍硕±学位论文．修．’用于也电信号采集系统的模拟前端电路研究，－！■画／ｐＩ作者姓名孟洋Ｓｎ学校导师姓名、职称、脯明教授企业剧币姓名、职称邏涛高工申请学位类别工程硕±国ｍｔＭ学校代码10701学号1311122849分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文用于心电信号采集系统的模拟前端电路研究作者姓名：孟洋领域：集成电路工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：朱樟明教授企业导师姓名、职称：刘洪涛高工学院：微电子学院

2、提交日期：2015年12月ResearchonAnalogFront-endCircuitforECGSignalAcquisitionSystemAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinIntegratedCircuitEngineeringByMengYangSupervisor:ZhuZhangmingProfessorLiuHongtaoSenio

3、rEngineerNovember2015西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，，。尽我所知除了文中特别加标注和致谢中所罗列的内容Ｗ外论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机一构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同事对本研巧所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人

4、承担切法律责任。本人签名；日期；ｗＭ．皆西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可ＬＪ公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结爸学位论文研究成果完成的论文，署、发巧专利等成果名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。

5、本人答名：：、秦；导师《名号日期＇：６＇ＩＪ麻日期：乂Ｋ．１摘要摘要随着低功耗集成电路，无线通信以及生理传感器技术的高速发展，新一代无线传感器网络(WSN)被广泛应用于交通流量监控，基础设施建设以及人体健康监护等领域，无线人体局域网(WBAN)是由人体表面或者体内的各种生物传感器以及节点芯片所组成的一种无线传感器网络，并且可以连接移动互联网实时更新存储在云端或者大型服务器中人体的各项生命体征数据，实现对人体健康的长期持续性监测，尤其能够降低心血管疾病，癫痫病等突发性疾病

6、的死亡率。便携式或者植入式节点芯片是无线人体局域网的核心，由于人体生理环境非常复杂，要求芯片必须具备体积小，功耗低，复杂度低，使用配置简单等特点，其中用于信号采集系统的模拟前端电路(AFE)对系统噪声，电源线干扰等非常敏感，一直是制约芯片功耗以及处理精度的关键因素。本文重点研究并设计用于心电信号(ECG)采集系统的模拟前端电路。本文首先阐述了生物医电信号的特点，生物电极的数学模型，电源线干扰以及系统噪声源，并在此基础上推导出用于心电信号采集系统的模拟前端电路指标要求。基于对系统功耗，面积以及设计复杂

7、度的对比分析，本文提出了一种由带通(BPF)低噪声运算放大器(LNA)，Sinc型抗混叠滤波器，低功耗过采样逐次逼近型模数转换器(SARADC)组成的模拟前端系统架构。在低噪声运算放大器中采用对称伪电阻设计来实现高线性度高阻值的特性，并通过斩波技术，源极退化电阻技术，电流分割技术，晶体管偏置状态以及晶体管尺寸优化设计等五个方面实现运算放大器低失调，低噪声以及低功耗的设计要求。本文通过采用过采样设计，降低了抗混叠滤波器的指标要求，基于开环Gm-C积分器以及周期性电荷采样，在采样频率及其整数倍处形成幅度

8、衰减凹槽(notch)，实现抗混叠滤波，其中运算跨导放大器采用深度负反馈环路提高线性度，增大信号输入范围。最后，本文通过采用电容拆分(CS)Vcm-based开关时序，动态比较器以及动态控制逻辑等实现SARADC的低功耗设计。本设计采用SMIC0.18μm1P6M1.8V标准CMOS工艺进行流片，测试结果显示：所设计的低噪声运算放大器具有带通频率响应特性，上下-3dB频率分别为0.45Hz和200Hz，通带内增益为39.2dB，输入失调电压为2.4μV，等效输入噪声电