[发明专利]自动共模抑制校准

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于自动共模抑制校准和不平衡补偿的电路和方法，例如，以便使信号路径中电路的操作点平衡并增强共模抑制。

背景技术

生物电势读取系统用于以电子方式从人体获取电信号，例如，获取心脏信号作为心电图(ECG)以及获取大脑活动作为脑电图(EEG)。这些系统可以用在任何生物电势获取系统中，不仅作为ECG或EEG，而且用在肌电描记术(EMG)中。在包括体域网(BAN)在内的不同应用中也需要这些系统。然而，为了嵌入到关于BAN的这种功率约束应用的传感器节点中，应当采用特殊技术来满足例如与功率相关的特殊需求。

ECG示出了心脏的电活动随时间的变化。对去极化的各个波和法向量以及对去极化进行的分析产生了重要的诊断信息。EEG表示了来自大量神经元的电信号，从而示出了大脑的电活动。EMG是用于估计和记录静止和收缩时肌肉的生理特性的技术。使用被称作肌电描记器的仪器来执行EMG，该肌电描记器在肌细胞收缩时以及在这些细胞静止时检测由这些细胞产生的电势。

在这些系统的前端的设计中有两个主要问题：首先，处理在小得多的有用信号上叠加的差分DC偏移；其次，获得高的共模抑制。第一个效果是由皮肤与用于对信号进行感测的电极之间的接口处的电化学势而引发的；后一特性是为了抑制强干扰(例如，耦合至人体的主信号)而需要的。

差分信号中的DC偏移或DC分量分别引入了两个主要问题。首先，如果仅低电源可用，则不可能在消除DC之前对差分信号进行放大。由于该DC偏移V_dm，DC可以高达±300mV，因此因数为4的放大将导致需要高于1.2V的电压源。

其次，高DC分量的存在导致信号路径中任何电路的操作点处的不平衡。因此，如果使用对称电路来减小共模的效果，则由于输入信号的DC差使得电路的两半的偏置点将会不同。如以下将阐明，这种不平衡降低了共模抑制。这种不平衡不能通过用于改进共模抑制比(CMRR)的普通技术(如，限幅)来消除。原因是这种不平衡被嵌入差分信号中并且将与其一起被限幅。在例如R.F.Yazicioglu，P.Merken，R.Puers，and C.V.Hoof，″A 60μW 60nV/√Hz readout front-endfor portable biopotential acquisition systems，″in ISSCC，Feb.2006，pp.56-57中描述了该问题。差分放大器的CMRR测量设备的倾向，以抑制两输入引线所共有的输入信号。在感兴趣的信号由两个(可能大的)电压之间的小电压差来表示的应用中，高CMRR是重要的。相应地，CMRR是非常重要的规范，这是由于其指示了共模信号中有多少将出现在测量中。CMRR的值常常也依赖于信号频率，并可以被指定为信号频率的函数。在差分电路的两个引线上以相同的方式耦合噪声的系统中，CMRR是重要的。这在来自主电子设备或附近电子设备的电磁干扰的情况下是非常常见的。