基于脑电信号的数字可调模拟前端芯片设计

随着人类对医疗保障需求的不断提升,传统的脑电信号测量仪器已经不再满足精确可靠的要求,病人需要可随身携带并持续监测的测量仪器,以获得更准确的诊断信息。急速发展的集成电路技术为开发此类体积更小的、低噪声、低功耗的便携式生物电势采集系统铺平了道路。模拟前端采集电路就是生物电采集系统中关键的部分。本论文的主要工作是研究了低噪声前端放大器的设计方法,并在此基础上提出并设计了一个基于脑电信号的多通道模拟前端采集芯片。本文首先对生物电信号作简单介绍,从系统的角度出发,介绍了生物电信号采集系统的一般架构,并总结了系统中的前端放大器的设计难点及解决方法,最后提出设计指标。接着文章研究了低噪声放大器的设计方法,并详细介绍了设计的脑电采集芯片的各模块电路设计。文章最后给出了芯片的仿真结果及版图设计。该芯片在TSMC混合信号0.18μm CMOS IP6M工艺下设计并流片,供电电压为1.8V。后仿真结果显示其单通道功耗为700nA,等效输入噪声为2.2μVrms (0.1Hz-360Hz),NEF指标为3.54。增益3-bit可调(54.2dB-72.3dB),高频截止频率3-bit可调(152Hz-360Hz)。仿真结果表明该低噪声、低功耗模拟前端适合用于便携式脑电采集设备。