[发明专利]一种共模电压可调心电信号采集前端电路

说明书

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体为一种共模电压可调心电信号采集前端电路。本发明在低噪声放大器中砍去了直流反馈环路和纹波抑制环路等模块，通过伪电阻模块独立给该电路结构供给输入共模电压信号VCM，避免了输入与输出之间的环路耦合，既简化了电路结构，又能保证输出共模电压不受输入共模电压控制，实现了高可调性。同时，低通滤波器中的运算放大器的共模负反馈模块输入对管采用无阈值电压的MOS管，以保证心电信号采集架构在较低的输出共模电压值下正常工作，在更大的电压范围内实现输出共模电压可调，应用范围更加广泛。使用该架构处理后的心电信号，可使用工作电压比较低的ADC模块进行处理，从而降低整个系统的功耗。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体为一种共模电压可调心电信号采集前端电路。

背景技术

随着经济社会的快速发展和科学技术水平的快速提高，人们对自身的身体状况越来越重视，便携式医疗电子监测设备的需求也逐步变大。便携式医疗电子设备有着传统医疗设备没有的优势，其体积更小、价格更低、功耗更小，更容易在人群中普及，人们可以随时随地监测自己的身体状况。心电信号(ECG)幅度在0.1mV～5mV之间，典型值为2mV，频率分布于0.5Hz-150Hz。心脏规律的跳动会在人体不同的部位形成电位差，医疗工作者可以通过分析该电位信号判断我们的心脏健康状况，同时也可以预测心率不齐等心脏疾病。

心电信号采集前端电路是心电信号采集系统必不可少的一个环节，它也决定着采集的心电信号的质量。该前端电路架构一般包含一个低噪声放大器LNA，用以对生物电极采集的心电信号进行一个初步放大，同时可以实现初步滤除带外噪声和直流失调；一个可变增益放大器PGA，用以调整整体增益，将所关心的各类信号放大至满摆幅，保证监测精度；一个可变低通滤波器LPF，用以调整整体通带已适应不同生理电信号的频带，并实现输出共模电压可调。但是现有的电路架构中输入共模电压不是由外部独立提供电压，输入共模电压与输出共模电压因为反馈环路的存在而相互影响，传输到低噪声放大器中仪表放大器输入对管的直流电压无法达到预先设置的电压值，可调控性差且由于环路的存在整个电路架构复杂；同时，该架构中共模输出电压可调范围较小，经过处理后的心电信号供给ADC模块处理时需要的电源电压较大，较难做到低功耗设计。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有心电信号采集前端电路共模电压可调控性差、电路架构复杂、可调范围较小以及功耗较高的问题，本发明提供了一种共模电压可调心电信号采集前端电路。

一种共模电压可调心电信号采集前端电路，包括低噪声放大器(LNA)、可变增益放大器(PGA)、输出共模电压可调低通滤波器电路(LPF)、第五电容C5和第六电容C6。

所述低噪声放大器(LNA)正相输入端连至正相输入信号VIP，负相输入端连至负相输入信号VIN；其负相输出端连至可变增益放大器(PGA)的负相输入端，正相输出端连至可变增益放大器(PGA)的正相输入端。低噪声放大器(LNA)是用来对生物电极采集的心电信号进行初步处理的一个模块，心电信号经过低噪声放大器(LNA)放大，并将其直流失调以及噪声进行滤除，从而得到初步处理的放大心电信号。

具体的，所述低噪声放大器(LNA)包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一伪电阻Pre_RES_1、第二伪电阻Pre_RES_2、第一斩波开关CH1、第二斩波开关CH2和电容反馈仪表放大器(CFIA)。

第一电容C1下极板作为负相输入端，其上极板连接第三电容C3的上极板，同时连接第一伪电阻Pre_RES_1的B端和第一斩波开关CH1的正相输入端。

第二电容C2下极板作为正相输入端，其上极板连接第四电容C4的上极板，同时连接第二伪电阻Pre_RES_2的B端和第一斩波开关CH1的负相输入端。