本發(fā)明是有關(guān)于一種適用于生物醫(yī)學(xué)電子領(lǐng)域的前端放大器電路，特別是一種適用于生物醫(yī)學(xué)電子領(lǐng)域的電流模式前端放大器電路。

背景技術(shù)：

在生物醫(yī)學(xué)電子領(lǐng)域中檢測腦電信號時，前端放大電路具有舉足輕重的角色，由于生理信號具有低頻、低振幅等特性，一個適當(dāng)放大生理信號的前端電路必須要有低噪聲和高的放大倍率。除此之外，功率的消耗需要越小越好，以應(yīng)用在穿戴式裝置上做長時間的測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種前端放大器電路，用以接收一生物信號，包括：一信號通道。上述信號通道放大上述生物信號而產(chǎn)生一檢測電流。上述信號通道包括一電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器。上述電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器將上述生物信號放大一轉(zhuǎn)導(dǎo)增益，而輸出一第一電流。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器包括：一第一輸入電容、一第二輸入電容、一第一共模p型晶體管、一第二共模p型晶體管、一第一電流源、一第二電流源、一第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管、一第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管、一線性電阻、一第三轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管、一第四轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管、一第一轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管、一第二轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管、一第三轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管以及一第四轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管。上述第一輸入電容耦接于一輸入負(fù)極端以及一第一節(jié)點之間。上述第二輸入電容耦接于一輸入正極端以及一第二節(jié)點之間，其中上述第一輸入電容以及上述第二輸入電容以一差動模式，交流耦合上述生物信號。上述第一共模p型晶體管用以將一共模電壓提供至上述第一節(jié)點。上述第二共模p型晶體管用以將上述共模電壓提供至上述第二節(jié)點。上述第一電流源用以提供一第一轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電流。上述第二電流源用以提供一第二轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電流。上述第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管的源極端接收上述第一轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電流，柵極端耦接至上述第二節(jié)點。上述第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管的源極端接收上述第二轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電流，柵極端耦接至上述第一節(jié)點，其中上述第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管以及上述第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管用以產(chǎn)生上述轉(zhuǎn)導(dǎo)增益。上述線性電阻耦接于上述第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管的源極端以及上述第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管的源極端之間，其中上述線性電阻用以提升上述轉(zhuǎn)導(dǎo)增益的一線性度。上述第三轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管的源極端耦接至上述第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管的漏極端，柵極端耦接至一轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電壓。上述第四轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管的源極端耦接至上述第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管的漏極端，柵極端耦接至上述轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電壓，漏極端耦接至一轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端，其中上述轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端輸出上述第一電流。上述第一轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管的漏極端以及柵極端皆耦接至上述第三轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管的漏極端。上述第二轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管的漏極端耦接至上述轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端，柵極端耦接至上述第一轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管的柵極端。上述第三轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管的漏極端以及柵極端皆耦接至第一轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管的源極端，源極端耦接至一接地端。上述第四轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管的漏極端耦接至上述第二轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管的源極端，柵極端耦接至上述第三轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管的柵極端，源極端耦接至上述接地端。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，其中上述信號通道更包括：一帶通濾波放大器、一可調(diào)整增益放大器以及一偏移消除電路。上述帶通濾波放大器將上述第一電流濾除于一頻帶寬之外的噪聲且放大一第一電流增益，而輸出一第二電流。上述可調(diào)整增益放大器將上述第二電流放大一第二電流增益而于一調(diào)整增益輸出端輸出上述檢測電流，其中上述第二電流增益為可調(diào)整。上述偏移消除電路用以消除上述電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器、上述帶通濾波放大器以及上述可調(diào)整增益放大器的輸出偏移電流。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，前端放大器電路更包括一轉(zhuǎn)阻放大器。上述轉(zhuǎn)阻放大器用以將上述檢測電流經(jīng)由一轉(zhuǎn)阻增益轉(zhuǎn)換為一電壓信號，且提供一驅(qū)動能力至耦接的一量測系統(tǒng)，其中上述生物信號至上述電壓信號放大的倍率為上述轉(zhuǎn)導(dǎo)增益、上述第一電流增益、上述第二電流增益以及上述轉(zhuǎn)阻增益的乘積。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述帶通濾波放大器包括：一帶通主電流路徑、一帶通濾波器以及一帶通副電流路徑。上述帶通主電流路徑具有一帶通主偏壓電流且用以接收上述第一電流。上述帶通濾波器交流耦合至上述帶通主電流路徑，將上述第一電流濾除上述頻帶寬之外的噪聲而產(chǎn)生一濾波信號。上述帶通副電流路徑具有一帶通副偏壓電流且根據(jù)上述濾波信號而產(chǎn)生上述第二電流，其中上述第一電流增益為上述帶通副偏壓電流與上述帶通主偏壓電流的比例。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述帶通主電流路徑包括：一第一主p型晶體管、一第二主p型晶體管、一第一主n型晶體管以及一第二主n型晶體管。上述第一主p型晶體管的源極端耦接至一供應(yīng)電壓，柵極端耦接至漏極端。上述第二主p型晶體管的源極端耦接至上述第一主p型晶體管的漏極端，柵極端以及漏極端接收上述第一電流。上述第一主n型晶體管的柵極端以及漏極端耦接至上述第一主p型晶體管的漏極端。上述第二主n型晶體管的柵極端以及漏極端耦接至上述第一主n型晶體管的源極端，源極端耦接至上述接地端。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述第一主p型晶體管、上述第二主p型晶體管、上述第一主n型晶體管以及上述第二主n型晶體管皆操作于次臨界(sub-threshold)區(qū)，以降低功率損耗。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述帶通副電流路徑包括：一第一副p型晶體管、一第二副p型晶體管、一第一副n型晶體管以及一第二副n型晶體管。上述第一副p型晶體管的源極端耦接至上述供應(yīng)電壓，柵極端耦接至漏極端。上述第二副p型晶體管的源極端耦接至上述第一副p型晶體管的漏極端，漏極端耦接至一帶通輸出端。上述第一副n型晶體管的柵極端耦接至上述第二副p型晶體管的柵極端，漏極端耦接至上述帶通輸出端，其中上述第一副n型晶體管的柵極端接收上述濾波信號，上述帶通輸出端輸出上述第二電流。上述第二副n型晶體管的柵極端以及漏極端耦接至上述第一副n型晶體管的源極端，源極端耦接至上述接地端，其中上述帶通副電流路徑的晶體管的尺寸與上述帶通主電流路徑的晶體管尺寸的比例為上述第一電流增益。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述第一副p型晶體管、上述第二副p型晶體管、上述第一副n型晶體管以及上述第二副n型晶體管皆操作于次臨界區(qū)，以降低功率損耗。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述帶通濾波器包括：一第一差動輸入放大器、一第一耦合電容、一第一偏壓p型晶體管、一低通電容、一第二差動輸入放大器、一第三差動輸入放大器、一第二耦合電容以及一第二偏壓p型晶體管。上述第一差動輸入放大器用以產(chǎn)生一轉(zhuǎn)移電導(dǎo)，且包括一第一負(fù)輸入端、一第一正輸入端以及一第一輸出端，其中上述第一負(fù)輸入端耦接至上述第一輸出端。上述第一耦合電容耦接于上述第二主p型晶體管的柵極端以及上述第一正輸入端之間。上述第一偏壓p型晶體管具有一通道電阻，源極端耦接至上述共模電壓，漏極端耦接至上述第一正輸入端，柵極端耦接至一第一帶通偏壓電壓。上述低通電容耦接于上述第一輸出端以及上述接地端之間。上述第二差動輸入放大器包括一第二負(fù)輸入端、一第二正輸入端以及一第二輸出端，其中上述第二負(fù)輸入端耦接至上述第二輸出端，上述第二正輸入端耦接至上述第一輸出端。上述第三差動輸入放大器包括一第三負(fù)輸入端、一第三正輸入端以及一第三輸出端，其中上述第三負(fù)輸入端耦接至上述第三輸出端，上述第三輸出端輸出上述濾波信號。上述第二耦合電容耦接于上述第二輸出端以及上述第三正輸入端之間，用以隔絕上述第二差動輸入放大器以及上述第三差動輸入放大器。上述第二偏壓p型晶體管用以將一直流偏壓提供至上述第三正輸入端，使得上述第二副p型晶體管的柵極端以及上述第一副n型晶體管的柵極端偏壓至上述直流偏壓。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述頻帶寬包括一低通截止頻率以及一高通截止頻率，其中上述轉(zhuǎn)移電導(dǎo)以及上述低通電容決定上述低通截止頻率，其中上述第一耦合電容以及上述通道電阻決定上述高通截止頻率。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，上述第一偏壓p型晶體管操作于截止區(qū)，使得上述通道電阻為高阻抗。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述偏移消除電路包括：一數(shù)字控制器、一虛擬電阻重置模塊、一偏移檢測電路、一第一電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、一第二電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、一第三電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器以及一暫存器。上述數(shù)字控制器產(chǎn)生一第一重置信號、一第二重置信號以及一選擇信號。上述虛擬電阻重置模塊根據(jù)上述第一重置信號將上述第一節(jié)點以及上述第二節(jié)點短路至上述共模電壓，以及根據(jù)上述第二重置信號將上述第一正輸入端短路至上述共模電壓且將上述第三正輸入端短路至上述直流偏壓。上述偏移檢測電路根據(jù)上述選擇信號，依序檢測上述第一電流、上述第二電流以及上述檢測電流，而產(chǎn)生一第一補償電流碼、一第二補償電流碼以及一第三補償電流碼。上述第一電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器根據(jù)上述第一補償電流碼，對上述轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端抽取或提供一第一補償電流。上述第二電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器根據(jù)上述第二補償電流碼，對上述帶通輸出端抽取或提供一第二補償電流。上述第三電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換，根據(jù)上述第三補償電流碼，對上述調(diào)整增益輸出端抽取或提供一第三補償電流。上述暫存器用以儲存上述第一補償電流碼、上述第二補償電流碼以及上述第三補償電流碼。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述信號通道更包括：一第一開關(guān)以及一第二開關(guān)。上述第一開關(guān)耦接于上述電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器以及上述帶通濾波放大器之間，且根據(jù)上述數(shù)字控制器的一第一斷路信號而不導(dǎo)通。上述第二開關(guān)耦接于上述帶通濾波放大器以及上述可調(diào)整增益放大器之間，且根據(jù)上述數(shù)字控制器的一第二斷路信號而不導(dǎo)通。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，當(dāng)上述第一開關(guān)以及上述第二開關(guān)皆不導(dǎo)通時，上述偏移檢測電路根據(jù)上述選擇信號檢測上述第一電流而產(chǎn)生上述第一補償電流碼；當(dāng)上述第一開關(guān)導(dǎo)通而上述第二開關(guān)不導(dǎo)通時，上述第一電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器對上述轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端抽取或提供上述第一補償電流，且上述偏移檢測電路根據(jù)上述選擇信號檢測上述第二電流而產(chǎn)生上述第二補償電流碼；當(dāng)上述第一開關(guān)以及上述第二開關(guān)皆導(dǎo)通時，上述第一電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器對上述轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端抽取或提供上述第一補償電流、上述第二電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器對上述帶通輸出端抽取或提供上述第二補償電流以及上述偏移檢測電路根據(jù)上述選擇信號檢測上述檢測電流而產(chǎn)生上述第三補償電流碼。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述偏移檢測電路更包括：一取樣放大器、一選擇開關(guān)以及一比較器。上述取樣放大器用以將一輸入電流轉(zhuǎn)換為一比較電壓。上述選擇開關(guān)根據(jù)上述選擇信號，依序選擇上述第一電流、上述第二電流以及上述檢測電流的一個作為上述輸入電流。上述比較器比較上述比較電壓以及一參考電壓而產(chǎn)生一輸出信號，其中上述數(shù)字控制器根據(jù)上述輸出信號，而決定上述第一補償電流碼、上述第二補償電流碼以及上述第三補償電流碼。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，前端放大器電路更包括：另一信號通道以及一多工器。上述另一信號通道接收且放大另一生物信號而產(chǎn)生另一檢測電流。上述多工器將上述檢測電流以及上述另一檢測電流的一個提供至上述轉(zhuǎn)阻放大器。通過實施本發(fā)明能即時得知身體狀態(tài)，可用于做即時的監(jiān)控或者治療。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的前端放大器電路的方塊圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例所述的前端放大器電路的方塊圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器的電路圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的帶通濾波器的電路圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的直流偏壓產(chǎn)生電路的電路圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的可調(diào)整增益放大器的電路圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的轉(zhuǎn)阻放大器的電路圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的偏移消除電路的電路圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的圖8的偏移檢測電路的電路圖；以及圖10是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的偏移檢測流程的流程圖。

附圖標(biāo)號

100、200前端放大器電路

110、210_1～210_n信號通道

111、300電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器

112、400帶通濾波放大器

113、600可調(diào)整增益放大器

114、800偏移消除電路

120、220、700轉(zhuǎn)阻放大器

230多工器

410帶通主電流路徑

411第一主p型晶體管

412第二主p型晶體管

413第一主n型晶體管

414第二主n型晶體管

420帶通濾波器

430帶通副電流路徑

431第一副p型晶體管

432第二副p型晶體管

433第一副n型晶體管

434第二副n型晶體管

500直流偏壓產(chǎn)生電路

610可調(diào)整增益主電流路徑

630可調(diào)整增益副電流路徑

701第四差動輸入放大器

810數(shù)字控制器

820虛擬電阻重置模塊

830、900偏移檢測電路

840第一電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器

850第二電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器

860第三電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器

870暫存器

910選擇器

920信號轉(zhuǎn)換電路

921放大器

922負(fù)反饋電阻

930比較器

10第一開關(guān)

20第二開關(guān)

30第三開關(guān)

sb、sb1～sbn生物信號

vout電壓信號

id、id1～idn檢測電流

i1第一電流

i2第二電流

is選擇電流

nip輸入正極端

nin輸入負(fù)極端

nogm轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端

nobp帶通輸出端

nopg可調(diào)整增益輸出端

gm轉(zhuǎn)導(dǎo)增益

gi1第一電流增益

gi2第二電流增益

gti轉(zhuǎn)阻增益

n1第一節(jié)點

n2第二節(jié)點

vcm共模電壓

vcmc共?？刂齐妷?/p>

ci1第一輸入電容

ci2第二輸入電容

mpcm1第一共模p型晶體管

mpcm2第二共模p型晶體管

is1第一電流源

is2第二電流源

mpgm1第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管

mpgm2第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管

rg線性電阻

mpgm3第三轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管

mpgm4第四轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管

mngm1第一轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管

mngm2第二轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管

mngm3第三轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管

mngm4第四轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管

vbgm轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電壓

gnd接地端

op1第一差動輸入放大器

op2第二差動輸入放大器

op3第三差動輸入放大器

cc1第一耦合電容

cc2第二耦合電容

clp低通電容

mpb1第一偏壓p型晶體管

mpb2第二偏壓p型晶體管

gm轉(zhuǎn)移電導(dǎo)

inn1第一負(fù)輸入端

inp1第一正輸入端

no1第一輸出端

inn2第二負(fù)輸入端

inp2第二正輸入端

no2第二輸出端

inn3第三負(fù)輸入端

inp3第三正輸入端

no3第三輸出端

vdc直流偏壓

vbpb1第一帶通偏壓電壓

vbpb2第二帶通偏壓電壓

ibpbm帶通主偏壓電流

ibpbs帶通副偏壓電流

sf濾波信號

vs供應(yīng)電壓

mpb3第三偏壓p型晶體管

mpb4第四偏壓p型晶體管

mnb1第一偏壓n型晶體管

mnb2第二偏壓n型晶體管

s1第一調(diào)整開關(guān)

s2第二調(diào)整開關(guān)

s3第三調(diào)整開關(guān)

s4第四調(diào)整開關(guān)

ipgabm可調(diào)整增益主偏壓電流

ipgabs可調(diào)整增益副偏壓電流

rt反饋電阻

iin輸入電流

sr1第一重置信號

sr2第二重置信號

ss選擇信號

vos偏移電壓

sdc數(shù)字補償信號

s1～s11步驟流程

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特例舉一較佳實施例，并配合所附圖式，來作詳細(xì)說明如下：

以下將介紹是根據(jù)本發(fā)明所述的較佳實施例。必須要說明的是，本發(fā)明提供了許多可應(yīng)用的發(fā)明概念，在此所揭露的特定實施例，僅是用于說明達(dá)成與運用本發(fā)明的特定方式，而不可用以局限本發(fā)明的范圍。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的前端放大器電路的方塊圖。如圖1所示，前端放大器電路100用以將輸入正極端nip以及輸入負(fù)極端nin所接收的生物信號sb放大而產(chǎn)生放大的電壓信號vout，經(jīng)由數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)后，可再由數(shù)字信號處理器分析，即時得知身體狀態(tài)，可用于做即時的監(jiān)控或者治療。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，生物信號sb為一腦電波(electroencephalography,eeg)信號。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，生物信號sb為一大腦皮質(zhì)腦電波(electrocorticography,ecog)信號。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，生物信號sb為一局部場電位(localfieldpotential,lfp)信號。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，生物信號sb為一心臟(electrocardiography,ecg)信號。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，生物信號sb為一肌肉(electromyography,emg)信號。根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，生物信號sb可為任何已知或未知的生物電性信號。

前端放大器電路100包括信號通道110以及轉(zhuǎn)阻放大器120，信號通道110將經(jīng)由輸入正極端nip以及輸入負(fù)極端nin接收生物信號sb放大而產(chǎn)生檢測電流id，轉(zhuǎn)阻放大器120則將檢測電流id經(jīng)由轉(zhuǎn)阻增益gti而產(chǎn)生電壓信號vout。

信號通道110包括電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器111、帶通濾波放大器112、可調(diào)整增益放大器113以及偏移消除電路114，其中電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器111將接收的生物信號sb經(jīng)由轉(zhuǎn)導(dǎo)增益gm而于轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端nogm產(chǎn)生第一電流i1。帶通濾波放大器112將第一電流i1濾除頻帶寬bw之外的噪聲且放大第一電流增益gi1，于帶通輸出端nobp產(chǎn)生第二電流i2。

可調(diào)整增益放大器113將第二電流i2放大第二電流增益gi2后而于可調(diào)整增益輸出端nopg產(chǎn)生檢測電流id，其中第二電流增益gi2可調(diào)整。偏移消除電路114用以消除電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器111、帶通濾波放大器112以及可調(diào)整增益放大器113的輸出偏移電流，詳細(xì)動作將于下文中敘述。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例所述的前端放大器電路的方塊圖。如圖2所示，前端放大器電路200包括多個信號通道210_1～210_n、轉(zhuǎn)阻放大器220以及多工器230。多個信號通道210_1～210_n分別接收多個生物信號sb1～sbn，而產(chǎn)生多個檢測電流id1～idn。多工器230選擇多個檢測電流id1～idn的一個作為選擇電流is，轉(zhuǎn)阻放大器220利用轉(zhuǎn)阻增益gti將選擇電流is轉(zhuǎn)換成電壓信號vout。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，多個信號通道210_1～210_n皆為圖1的信號通道110。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，部分的多個信號通道210_1～210_n的電路為圖1的信號通道110，部分的多個信號通道210_1～210_n亦可與圖1的信號通道110不相同。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器的電路圖。如圖3所示，電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器300包括第一輸入電容ci1、第二輸入電容ci2、第一共模p型晶體管mpcm1、第二共模p型晶體管mpcm2、第一電流源is1、第二電流源is2、第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm1、第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm2、線性電阻rg、第三轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm3、第四轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm4、第一轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm1、第二轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm2、第三轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm3以及第四轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm4。

第一輸入電容ci1耦接于輸入負(fù)極端nin以及第一節(jié)點n1之間，第二輸入電容ci2耦接于輸入正極端nip以及第二節(jié)點n2之間，其中第一輸入電容ci1以及第二輸入電容ci2以差動模式，以交流耦合的方式接收生物信號sb。第一共模p型晶體管mpcm1用以根據(jù)共?？刂齐妷簐cmc，將共模電壓vcm提供至第一節(jié)點n1；第二共模p型晶體管mpcm2用以根據(jù)共?？刂齐妷簐cmc，將共模電壓vcm提供至第二節(jié)點n2。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，第一共模p型晶體管mpcm1以及第二共模p型晶體管mpcm2皆操作于截止區(qū)，用以產(chǎn)生高阻抗的通道電阻。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第一共模p型晶體管mpcm1以及第二共模p型晶體管mpcm2可操作于三極管(triode)區(qū)。

第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm1的源極端接收第一電流源is1所提供的第一轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電流，柵極端耦接至第二節(jié)點n2；第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm2的源極端接收第二電流源is2的第二轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電流，柵極端耦接至第一節(jié)點n1，其中第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm1以及第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm2用以產(chǎn)生轉(zhuǎn)導(dǎo)增益gm。線性電阻rg耦接于第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm1的源極端以及第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm2的源極端之間，其中線性電阻rg用以提升轉(zhuǎn)導(dǎo)增益gm的線性度。

第三轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm3的源極端耦接至第一轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm1的漏極端，第三轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm3的柵極端耦接至轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電壓vbgm；第四轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm4的源極端耦接至第二轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm2的漏極端，第四轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm4的柵極端耦接至轉(zhuǎn)導(dǎo)偏壓電壓vbgm，第四轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm4的漏極端耦接至轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端nogm，其中轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端nogm輸出第一電流i1。

第一轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm1的漏極端以及柵極端，皆耦接至第三轉(zhuǎn)導(dǎo)p型晶體管mpgm3的漏極端；第二轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm2的漏極端耦接至轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端nogm，第二轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm2的柵極端耦接至第一轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm1的柵極端。

第三轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm3的漏極端以及柵極端皆耦接至第一轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm1的源極端，第三轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm3的源極端耦接至接地端gnd；第四轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm4的漏極端耦接至第二轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm2的源極端，第四轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm4的柵極端耦接至第三轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm3的柵極端，第四轉(zhuǎn)導(dǎo)n型晶體管mngm4的源極端耦接至接地端gnd。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的帶通濾波器的電路圖。如圖4所示，帶通濾波放大器400包括帶通主電流路徑410、帶通濾波器420以及帶通副電流路徑430。帶通主電流路徑410具有帶通主偏壓電流ibpbm，且用以接收第一電流i1；帶通副電流路徑430具有帶通副偏壓電流ibpbs，且根據(jù)濾波信號sf而產(chǎn)生第二電流i2，其中第一電流增益gi1為帶通副偏壓電流ibpbs與帶通主偏壓電流ibpbm的比例。

帶通濾波器420交流耦合至帶通主電流路徑410，用以將第一電流i1濾除掉頻帶寬bw之外的噪聲而產(chǎn)生濾波信號sf至帶通副電流路徑430。以下將詳細(xì)說明帶通主電流路徑410、帶通濾波器420以及帶通副電流路徑430的功能。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，帶通主電流路徑410包括第一主p型晶體管411、第二主p型晶體管412、第一主n型晶體管413以及第二主n型晶體管414。第一主p型晶體管411的源極端耦接至供應(yīng)電壓vs，第一主p型晶體管411的柵極端耦接至漏極端。第二主p型晶體管412的源極端耦接至第一主p型晶體管411的漏極端，第二主p型晶體管412的柵極端以及漏極端接收圖1所示的電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器111以及圖3所示的電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器300第一電流i1。

第一主n型晶體管413的柵極端以及漏極端耦接至第一主p型晶體管412的漏極端以及柵極端。第二主n型晶體管414的柵極端以及漏極端耦接至第一主n型晶體管413的源極端，第二主n型晶體管414的源極端耦接至接地端gnd。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，第一主p型晶體管411、第二主p型晶體管412、第一主n型晶體管413以及第二主n型晶體管414皆操作于次臨界區(qū)，用以降低功率損耗。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，帶通主電流路徑410亦可由第二主p型晶體管412以及第一主n型晶體管413所組成，然而卻造成第二主p型晶體管412以及第一主n型晶體管413的柵極端至源極端跨壓增加而提高帶通主偏壓電流ibpbm，使得功率損耗增加。

同樣的，帶通副電流路徑430包括第一副p型晶體管431、第二副p型晶體管432、第一副n型晶體管433以及第二副n型晶體管434。第一副p型晶體管431的源極端耦接至供應(yīng)電壓vs，第一副p型晶體管431的柵極端以及漏極端耦接在一起。第二副p型晶體管432的源極端耦接至第一副p型晶體管431的漏極端，第二副p型晶體管432的漏極端耦接至帶通輸出端nobp。

第一副n型晶體管433的柵極端耦接至第二副p型晶體管432的柵極端，第一副n型晶體管433的漏極端耦接至帶通輸出端nobp而輸出第二電流i2，第一副n型晶體管的柵極端接收濾波信號sf。第二副n型晶體管434的柵極端以及漏極端耦接至第一副n型晶體管433的源極端，第二副n型晶體管434的源極端耦接至接地端gnd。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，第一副p型晶體管431、第二副p型晶體管432、第一副n型晶體管433以及第二副n型晶體管434皆操作于次臨界區(qū)，以降低功率損耗。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，帶通副電流路徑430與帶通主電流路徑410相同，亦可由第二副p型晶體管432以及第一副n型晶體管433所組成，然而卻造成第二副p型晶體管432以及第一副n型晶體管433的柵極端至源極端跨壓增加而提高帶通副偏壓電流ibpbs，使得功率損耗增加。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，帶通副電流路徑430的晶體管的尺寸與帶通主電流路徑410的晶體管的尺寸的比例，即為帶通副偏壓電流ibpbs與帶通主偏壓電流ibpbm的比例，亦為第一電流增益gi1。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，帶通濾波器420包括第一差動輸入放大器op1、第一耦合電容cc1、第一偏壓p型晶體管mpb1、低通電容clp、第二差動輸入放大器op2、第三差動輸入放大器op3、第二耦合電容cc2以及第二偏壓p型晶體管mpb2。

第一差動輸入放大器op1用以產(chǎn)生轉(zhuǎn)移電導(dǎo)gm，且包括第一負(fù)輸入端inn1、第一正輸入端inp1以及第一輸出端no1，其中第一負(fù)輸入端inn1耦接至第一輸出端no1。第一耦合電容cc1耦接于第二主p型晶體管412的柵極端以及第一正輸入端inp1之間；第一偏壓p型晶體管mpb1具有一通道電阻，源極端耦接至共模電壓vcm，漏極端耦接至第一正輸入端inp1，柵極端耦接至第一帶通偏壓電壓vbpb1。

低通電容clp耦接于第一輸出端no1以及接地端gnd之間；第二差動輸入放大器op2包括第二負(fù)輸入端inn2、第二正輸入端inp2以及第二輸出端no2，其中第二負(fù)輸入端inn2耦接至第二輸出端no2，第二正輸入端inp2耦接至第一輸出端no1。第三差動輸入放大器op3包括第三負(fù)輸入端inn3、第三正輸入端inp3以及第三輸出端no3，其中第三負(fù)輸入端inn3耦接至第三輸出端no3，第三輸出端no3輸出濾波信號sf。

第二耦合電容cc2耦接于第二輸出端no2以及第三正輸入端inp3之間，用以隔絕第二差動輸入放大器op2以及第三差動輸入放大器op3。第二偏壓p型晶體管mpb2根據(jù)第二帶通偏壓電壓vbpb2的控制，用以將直流偏壓vdc提供至第三正輸入端inp3，使得第二副p型晶體管432的柵極端以及第一副n型晶體管433的柵極端的偏壓與第二主型晶體管412的柵極端以及第一主n型晶體管413的柵極端相同。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的直流偏壓產(chǎn)生電路的電路圖。如圖5所示，直流偏壓產(chǎn)生電路500包括第三偏壓p型晶體管mpb3、第四偏壓p型晶體管mpb4、第一偏壓n型晶體管mnb1以及第二偏壓n型晶體管mnb2。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，第三偏壓p型晶體管mpb3、第四偏壓p型晶體管mpb4、第一偏壓n型晶體管mnb1以及第二偏壓n型晶體管mnb2的尺寸，為第一主p型晶體管411、第二主p型晶體管412、第一主n型晶體管413以及第二主n型晶體管414的尺寸縮小一既定比例，因此所產(chǎn)生的直流偏壓vdc與第二主p型晶體管412的柵極端的電壓值非常接近。

參考圖4，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，第一偏壓p型晶體管mpb1以及第二偏壓p型晶體管mpb2操作于截止區(qū)，使得其通道電阻為高阻抗。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，帶通濾波器420的頻帶寬bw包括低通截止頻率以及高通截止頻率，其中第一差動輸入放大器op1所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)gm以及低通電容clp用以決定低通截止頻率，第一耦合電容cc1以及第一偏壓p型晶體管mpb1的通道電阻用以決定高通截止頻率。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的可調(diào)整增益放大器的電路圖?？烧{(diào)整增益放大器600包括可調(diào)整增益主電流路徑610以及可調(diào)整增益副電流路徑630，用以放大第二電流i2而于調(diào)整增益輸出端nopg產(chǎn)生檢測電流id。

如圖6所示，可調(diào)整增益主電流路徑610與帶通主電流路徑410相似，可調(diào)整增益副電流路徑630與帶通副電流路徑430相似，因此，可調(diào)整增益主電流路徑610以及可調(diào)整增益副電流路徑630的動作原理與帶通主電流路徑410以及帶通副電流路徑430的動作原理相同，在此不再贅述。

由于可調(diào)整增益副電流路徑630可利用第一調(diào)整開關(guān)s1、第二調(diào)整開關(guān)s2、第三調(diào)整開關(guān)s3以及第四調(diào)整開關(guān)s4來增加可調(diào)整增益副偏壓電流ipgabs，造成可調(diào)整增益副偏壓電流ipgabs與可調(diào)整增益主偏壓電流ipgabm的比例增加或減少，進(jìn)而調(diào)整第二電流增益gi2。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的轉(zhuǎn)阻放大器的電路圖。如圖7所示，轉(zhuǎn)阻放大器700包括第四差動輸入放大器701以及反饋電阻rt，用以將輸入電流iin轉(zhuǎn)換為電壓信號vout。第四差動輸入放大器701包括正輸入端、負(fù)輸入端以及輸出端，反饋電阻rt耦接于第四差動輸入放大器701的負(fù)輸入端以及輸出端之間。

第四差動輸入放大器701的正輸入端耦接至共模電壓vcm，負(fù)輸入端接收輸入電流iin。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，輸入電流iin為圖1的檢測電流id或是圖2的選擇電流is，轉(zhuǎn)阻增益gti由反饋電阻rt所決定。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的偏移消除電路的電路圖。如圖8所示，偏移消除電路800包括數(shù)字控制器810、虛擬電阻重置模塊820、偏移檢測電路830、第一電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器840、第二電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器850、第三電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器860、第一開關(guān)10、第二開關(guān)20以及第三開關(guān)30，其中偏移消除電路800為圖1的偏移消除電路114的一實施例。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，虛擬電阻重置模塊820利用將共?？刂齐妷簐cmc耦接至接地端gnd的電壓位準(zhǔn)，而將第一節(jié)點n1以及第二節(jié)點n2短路至共模電壓vcm。

數(shù)字控制器810利用第一重置信號sr1控制虛擬電阻重置模塊820將圖3的第一節(jié)點n1以及第二節(jié)點n2短路至共模電壓vcm，以便測試電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器300的輸出偏移電流。此外，數(shù)字控制器810更利用第二重置信號sr2控制虛擬電阻重置模塊820，將圖4的第一正輸入端inp1短路至共模電壓vcm以及將第三正輸入端inp3短路至直流偏壓vdc，以便測試帶通濾波放大器400的輸出偏移電流。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，虛擬電阻重置模塊820利用將第一帶通偏壓電壓vbpb1以及第二帶通偏壓電壓vbpb2耦接至接地端gnd的電壓位準(zhǔn)，而將第一正輸入端inp1短路至共模電壓vcm以及將第三正輸入端inp3短路至直流偏壓vdc。

偏移檢測電路830根據(jù)數(shù)字控制器810所發(fā)出的選擇信號ss，依序選擇第一電流i1、第二電流i2以及檢測電流id的一個而產(chǎn)生數(shù)字補償信號sdc，其中數(shù)字補償信號sdc包括分別對應(yīng)第一電流i1、第二電流i2以及檢測電流id的第一補償碼、第二補償碼以及第三補償碼，用以分別控制第一電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器840、第二電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器850以及第三電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器860，并且數(shù)字控制器810將數(shù)字補償信號sdc儲存于暫存器870中。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的圖8的偏移檢測電路的電路圖。如圖9所示，偏移檢測電路900包括選擇器910、信號轉(zhuǎn)換電路920以及比較器930，用以依序選擇第一電流i1、第二電流i2以及檢測電流id而產(chǎn)生數(shù)字補償信號sdc的第一補償碼、第二補償碼以及第三補償碼。

選擇器910用以根據(jù)選擇信號ss，依序選擇第一電流i1、第二電流i2以及檢測電流id，并提供至信號轉(zhuǎn)換電路920。信號轉(zhuǎn)換電路920包括放大器921以及負(fù)反饋電阻922，用以將選擇器910所選擇的第一電流i1、第二電流i2以及檢測電流id的一個，轉(zhuǎn)換為偏移電壓vos。比較器930比較共模電壓vcm以及偏移電壓vos后，產(chǎn)生數(shù)字補償信號sdc。

圖8的數(shù)字控制器810根據(jù)序列產(chǎn)生的數(shù)字補償信號sdc決定第一補償碼、第二補償碼以及第三補償碼，控制提供至轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端nogm、帶通輸出端nobp以及可調(diào)整增益輸出端nopg的補償電流。

參考圖8，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，數(shù)字控制器810控制第一開關(guān)10、第二開關(guān)20以及第三開關(guān)30導(dǎo)通以及不導(dǎo)通，用以分別測試電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器111、帶通濾波放大器112以及可調(diào)整增益放大器113的輸出偏移電流，詳細(xì)動作將于下文中描述。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，在圖2的前端放大器電路200中，第三開關(guān)30可利用多工器230取代。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述的偏移檢測流程的流程圖。以下說明圖10所示的流程圖時，將搭配圖1、圖3、圖4及圖8以利詳細(xì)說明。

首先，圖8的數(shù)字控制器810將第一開關(guān)10、第二開關(guān)20以及第三開關(guān)30不導(dǎo)通，用以隔絕電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器111、帶通濾波放大器112以及可調(diào)整增益放大器113之間的耦接關(guān)系(步驟s1)。并且利用第一重置信號sr1控制虛擬電阻重置模塊820而將圖3的電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器300的第一節(jié)點n1以及第二節(jié)點n2短路至共模電壓vcm，用以歸零圖8的電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器111的輸入信號，以檢測電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器111的輸出偏移電流(步驟s2)。

偏移檢測電路830根據(jù)選擇信號ss，檢測第一電流i1而產(chǎn)生數(shù)字補償信號sdc的第一補償碼并儲存于暫存器870中(步驟s3)。數(shù)字控制器810更根據(jù)第一補償碼，控制第一電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器840輸出補償電流至轉(zhuǎn)導(dǎo)輸出端nogm(步驟s4)。

接著，數(shù)字控制器810將第一開關(guān)10導(dǎo)通，用以將電容耦合轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器111耦接至帶通濾波放大器112(步驟s5)，并利用第二重置信號sr2控制虛擬電阻重置模塊820而將圖4的帶通濾波放大器400的第一正輸入端inp1短路至共模電壓vcm以及將第三正輸入端inp3短路至直流偏壓vdc，用以歸零圖8的帶通濾波放大器112的輸入信號，以檢測帶通濾波放大器112的輸出偏移電流(步驟s6)。偏移檢測電路830根據(jù)選擇信號ss，檢測第二電流i2而產(chǎn)生數(shù)字補償信號sdc的第二補償碼并儲存于暫存器870中(步驟s7)。數(shù)字控制器810更根據(jù)第二補償碼，控制第二電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器850輸出補償電流至帶通輸出端nobp(步驟s8)。

隨后，數(shù)字控制器810再將第二開關(guān)20導(dǎo)通，再將帶通濾波放大器112耦接至可調(diào)整增益放大器113(步驟s9)；偏移檢測電路830根據(jù)選擇信號ss，檢測檢測電流id而產(chǎn)生數(shù)字補償信號sdc的第三補償碼并儲存于暫存器870中(步驟s10)。數(shù)字控制器810更根據(jù)第三補償碼，控制第三電流數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器860輸出補償電流至可調(diào)整增益輸出端nopg(步驟s11)。

以上敘述許多實施例的特征，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠清楚理解本說明書的形態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解其可利用本發(fā)明揭示內(nèi)容為基礎(chǔ)以設(shè)計或更動其他工藝及結(jié)構(gòu)而完成相同于上述實施例的目的及/或達(dá)到相同于上述實施例的優(yōu)點。本領(lǐng)域技術(shù)人員亦能夠理解不脫離本發(fā)明的精神和范圍的等效構(gòu)造可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)作任意的更動、替代與潤飾。