一种高输入阻抗、低噪声电容耦合斩波仪表放大器
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作者:
作者单位:

1.广西师范大学电子与信息工程学院 桂林 541004; 2.广西类脑计算与智能芯片重点实验室 桂林 541004

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

TN431.1;TN72

基金项目:

国家自然科学基金(62061005)、广西科技计划项目(桂科AB25069463)资助


High-impedance low-noise capacitively coupled chopper instrumentation amplifier
Author:
Affiliation:

1.School of Electronic and Information Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China; 2.Guangxi Key Laboratory of Brain-inspired Computing and Intelligent Chips, Guilin 541004, China

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    摘要:

    基于180 nm BCD工艺设计了一种应用于微弱生物信号检测的高输入阻抗、低噪声电容耦合斩波仪表放大器。通过斩波调制技术来减小闪烁噪声和失调,采用正反馈环路和预充电技术解决斩波调制技术带来的输入阻抗降低的问题,通过直流伺服环路来抑制放大器的电极偏移,采用多速率占空比电阻作为直流伺服环路的积分器的大电阻,以此降低直流伺服环路引入的噪声。针对心电信号或脑电信号等的特点,将仪表放大器的-3 dB带宽设定为2 kHz。仿真结果表明,放大器的直流输入阻抗可以达到9 GΩ,等效输入噪声为0.282 μVrms,总的电流消耗为4.5 μA,噪声品质因数仅有1.63。

    Abstract:

    A high-input-impedance, low-noise, capacitively-coupled chopper-stabilized instrumentation amplifier for weak bio-signal acquisition is designed in a 180 nm BCD process. Chopper stabilization technique is utilized to mitigate flicker noise and DC offset. To counteract the input impedance degradation introduced by the chopping scheme, a positive feedback loop and pre-charging technique is employed. A DC servo loop is implemented to reject the electrode DC offset. Furthermore, a multi-rate duty-cycled resistor is adopted as the large-value resistor for the integrator within the DC servo loop, aiming to reduce the noise contribution from the DC servo loop itself. Tailored for applications such as electrocardiography or electroencephalography signal processing, the instrumentation amplifier′s -3 dB bandwidth is set to 2 kHz. Post-layout simulation results demonstrate that the amplifier achieves a DC input impedance of 9 GΩ, an input-referred noise of 0.282 μVrms, and a total current consumption of 4.5 μA, corresponding to noise efficiency factor of only 1.63.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

罗勇德,宋树祥,蔡超波.一种高输入阻抗、低噪声电容耦合斩波仪表放大器[J].电子测量技术,2026,49(11):34-42

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