一種減小輸入電容的低噪前置放大器電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減小輸入電容的低噪前置放大器電 路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電子醫(yī)療儀器中，常需要對(duì)電生理信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，電生理信號(hào)是人體的組織或 器官的某種活動(dòng)在人體體表的表現(xiàn)，例如ECG(心電信號(hào)），EEG(腦電信號(hào)）。但它們有共同 的一些頻率特征和幅度特征。它們一般比較微弱，頻率從零點(diǎn)幾赫茲到幾百赫茲不等，一般 都在一千赫茲以下的低頻段，幅度為幾百微伏到幾毫伏。因此電生理信號(hào)在采集提取的過(guò) 程中極易受到內(nèi)、外環(huán)境的干擾，而最主要的干擾是人體表面的失調(diào)電壓，其頻率較低，幅 度較大，例如對(duì)于ECG信號(hào)，失調(diào)噪聲的頻率為在零點(diǎn)零五赫茲以下，幅度為幾百個(gè)毫伏， 遠(yuǎn)大于有效信號(hào)。因此，如何對(duì)電生理信號(hào)進(jìn)行有效采集并消除失調(diào)電壓提高信噪比成為 處理電生理信號(hào)的首要問(wèn)題。
[0003] 目前對(duì)于電生理信號(hào)去除失調(diào)電壓主要方法仍是采用傳統(tǒng)的大電容交流耦合電 路。為了去極低頻率的失調(diào)噪聲，需要一個(gè)較大的反饋電容，同時(shí)為了保證增益，需要在放 大器的輸入端口加入更大的輸入電容，一般前置放大要求幾十倍的增益，意味著輸入電容 必須是反饋電容的幾十倍，而大電容會(huì)占據(jù)較大是芯片面積，無(wú)法集成到芯片內(nèi)部，降低了 集成度或集成代價(jià)較高，提高了芯片成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種減小輸入電容的低噪前置放大器 電路。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明是一種減小輸入電容的低噪前置放大器電路，包括：運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算 放大器的同相輸入端接有第一反饋電路，所述第一反饋電路包括相互并聯(lián)的第一虛電阻和 第一反饋電容組，偏置電壓信號(hào)通過(guò)所述第一反饋電路進(jìn)入運(yùn)算放大器的同相輸入端，所 述第一反饋電容組由兩個(gè)等值的電容串聯(lián)組成；
[0007] 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間接有第二反饋電路，所述第二反饋電 路包括相互并聯(lián)的第二虛電阻和第二反饋電容組，所述第二反饋電容組由兩個(gè)等值的電容 串聯(lián)組成，且第二反饋電容組兩個(gè)串聯(lián)的電容之間與第二電容的一端相連接，所述第一反 饋電容組兩個(gè)串聯(lián)的電容之間與與該第二電容的另一端相連接；
[0008] 所述運(yùn)算放大器的同相輸入端還接有與第一反饋電路并聯(lián)的第一輸入電容的一 端，所述第一輸入電容的另一端接地；
[0009] 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端還接有與第二反饋電路并聯(lián)的第二輸入電容的一 端，所述第二輸入電容的另一端與輸入信號(hào)相接。
[0010] 進(jìn)一步，所述第一、第二虛電阻均由兩個(gè)柵極和漏極直接相連的PM0S管串聯(lián)而 成。
[0011] 進(jìn)一步，所述第一反饋電容組中每個(gè)電容的電容值與所述第二反饋電容組中每個(gè) 電容的電容值相等，其均為第一電容值。
[0012] 進(jìn)一步，所述第二電容的電容值是第一電容值的兩倍。
[0013] 進(jìn)一步，所述第一輸入電容的電容值與第二輸入電容的電容值相等，均為輸入電 容值。
[0014] 進(jìn)一步，所述輸入電容值是第一電容值的十倍。
[0015] 本發(fā)明一種減小輸入電容的低噪前置放大器電路可以使等效反饋電容減小，進(jìn)而 所需的輸入電容也會(huì)減小，減小芯片面積，進(jìn)而降低芯片成本。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 為了易于說(shuō)明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作詳細(xì)描述。
[0017] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明中的運(yùn)算放大電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。
[0021] 請(qǐng)參閱圖2至圖3,本發(fā)明是一種減小輸入電容的低噪前置放大器電路，包括：運(yùn) 算放大器，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端接有第一反饋電路，所述第一反饋電路包括相互 并聯(lián)的第一虛電阻和第一反饋電容組，偏置電壓信號(hào)通過(guò)所述第一反饋電路進(jìn)入運(yùn)算放大 器的同相輸入端，所述第一反饋電容組由兩個(gè)等值的電容串聯(lián)組成；
[0022] 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間接有第二反饋電路，所述第二反饋電 路包括相互并聯(lián)的第二虛電阻和第二反饋電容組，所述第二反饋電容組由兩個(gè)等值的電容 串聯(lián)組成，且第二反饋電容組兩個(gè)串聯(lián)的電容之間與第二電容的一端相連接，所述第一反 饋電容組兩個(gè)串聯(lián)的電容之間與與該第二電容的另一端相連接；
[0023] 所述運(yùn)算放大器的同相輸入端還接有與第一反饋電路并聯(lián)的第一輸入電容的一 端，所述第一輸入電容的另一端接地；
[0024] 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端還接有與第二反饋電路并聯(lián)的第二輸入電容的一 端，所述第二輸入電容的另一端與輸入信號(hào)相接。
[0025] 直流偏置Vref為放大器提供偏置電壓，使放大器正常工作。輸入信號(hào)從信號(hào)輸入 端Vin進(jìn)入后經(jīng)過(guò)輸入電容Cin耦合進(jìn)入放大器。放大器的輸出端Vo經(jīng)過(guò)由電容網(wǎng)絡(luò)和虛 電阻組成的反饋網(wǎng)絡(luò)后一部分反饋回到放大器的輸入端。反饋網(wǎng)絡(luò)由包括第一、第二反饋 電路，其分別由電容Cl、C2組成的電容網(wǎng)絡(luò)，其可以等效為Cfbeq和Ml、M2、M3、M4等四個(gè) 虛電阻（PR)組成，這四個(gè)虛電阻均是由相同尺寸的用二極管連接方式（的PM0S管組成，其 中每?jī)蓚€(gè)虛電阻串聯(lián)在一起以提高等效電阻的阻值。虛電阻和等效電容Cfbeq組成了一個(gè) 高通網(wǎng)絡(luò)，可以濾除低頻失調(diào)噪聲。此時(shí)輸出電壓Vo就是經(jīng)過(guò)初步放大后的生物電信號(hào)。
[0026] 本發(fā)明采用交流耦合的方式，其輸入端口的電容可以濾除直流噪聲，虛電阻PR和 等效電容Cfbeq組成一個(gè)高通濾波器可以濾除低頻的失調(diào)電壓和放大器的閃爍噪聲，極大 地提高信噪比，放大器采用具有低噪聲高增益的兩級(jí)密勒補(bǔ)償跨導(dǎo)運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)，其電 流源Ibias為放大器提供電流偏置，PM2和PM5分別與PM1組成的鏡像電流源將Ibias按一 定比例鏡像到差分輸入放大級(jí)和次級(jí)共源極放大電路，該差分輸入放大級(jí)由PM2、PM3、PM4、 匪1、匪2組成，該次級(jí)共源極放大電路由PM5和匪3組成）給定正確偏置后交流小信號(hào)從 V+、V-兩個(gè)端口流入，經(jīng)過(guò)NM0S電流源（匪1、匪2)后，在節(jié)點(diǎn)N輸出信號(hào)，之后經(jīng)過(guò)共源放 大電路（匪3、匪5)，在輸出端Vo輸出經(jīng)過(guò)二級(jí)放大的小信號(hào)。同時(shí)為了使放大器能夠穩(wěn)定 工作，有足夠的相位裕度，在輸出端與節(jié)點(diǎn)N之間加入了密勒補(bǔ)償電容C，為了補(bǔ)償零點(diǎn)，加 入零點(diǎn)補(bǔ)償電阻R。該種放大器結(jié)構(gòu)具有高增益、低噪聲的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)Ibias的大小，也 可以滿足在采集生物電信號(hào)應(yīng)用情況下的低功耗要求。
[0027] 進(jìn)一步，所述第一、第二虛電阻均由兩個(gè)柵極和漏極直接相連的PM0S管（P溝道金 屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管）串聯(lián)而成。
[0028] 進(jìn)一步，所述第一反饋電容組中每個(gè)電容的電容值與所述第二反饋電容組中每個(gè) 電容的電容值相等，其均為第一電容值。
[0029] 進(jìn)一步，所述第二電容的電容值是第一電容值的兩倍。
[0030] 進(jìn)一步，所述第一輸入電容的電容值與第二輸入電容的電容值相等，均為輸入電 容值。
[0031] 進(jìn)一步，所述輸入電容值是第一電容值的十倍。
[0032] 在傳統(tǒng)的交流耦合電路中，其等效放大倍數(shù)是輸入電容值Cin與第一電容值C1的 比值，比如要獲得60倍的增益，Cin的值應(yīng)為C1值的60倍，則該電路至少需要122個(gè)單位 電容。而采用本發(fā)明的電路。其由第一電容值C1和第二電容值C2組成電容網(wǎng)絡(luò)的等效電 容為Cfbeq，
[0033]
[0034] 最終放大倍數(shù)為Cin與等效電容Cfbeq的比值，比如同樣要獲得60倍的增益，取 C2的值為兩倍的C1，則等效電容Cfbeq就是C1/6,因此，Cin的值只需要取為C1的10倍 就可以達(dá)到增益要求，該電路需要的總電容為25個(gè)單位電容，相比之前的結(jié)構(gòu)，大大減小 了電路所需要的電容，可以減小輸入電容，減小芯片面積，降低芯片成本和提高集成度。
[0035] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種減小輸入電容的低噪前置放大器電路，其特征在于，包括：運(yùn)算放大器，所述運(yùn) 算放大器的同相輸入端接有第一反饋電路，所述第一反饋電路包括相互并聯(lián)的第一虛電阻 和第一反饋電容組，偏置電壓信號(hào)通過(guò)所述第一反饋電路進(jìn)入運(yùn)算放大器的同相輸入端， 所述第一反饋電容組由兩個(gè)等值的電容串聯(lián)組成； 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間接有第二反饋電路，所述第二反饋電路包 括相互并聯(lián)的第二虛電阻和第二反饋電容組，所述第二反饋電容組由兩個(gè)等值的電容串聯(lián) 組成，且第二反饋電容組兩個(gè)串聯(lián)的電容之間與第二電容的一端相連接，所述第一反饋電 容組兩個(gè)串聯(lián)的電容之間與與該第二電容的另一端相連接； 所述運(yùn)算放大器的同相輸入端還接有與第一反饋電路并聯(lián)的第一輸入電容的一端，所 述第一輸入電容的另一端接地； 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端還接有與第二反饋電路并聯(lián)的第二輸入電容的一端，所 述第二輸入電容的另一端與輸入信號(hào)相接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的減小輸入電容的低噪前置放大器電路，其特征在于，所述第 一、第二虛電阻均由兩個(gè)柵極和漏極直接相連的PMOS管串聯(lián)而成。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的減小輸入電容的低噪前置放大器電路，其特征在于，所述第 一反饋電容組中每個(gè)電容的電容值與所述第二反饋電容組中每個(gè)電容的電容值相等，其均 為第一電容值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的減小輸入電容的低噪前置放大器電路，其特征在于，所述第 二電容的電容值是第一電容值的兩倍。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的減小輸入電容的低噪前置放大器電路，其特征在于，所述第 一輸入電容的電容值與第二輸入電容的電容值相等，均為輸入電容值。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的減小輸入電容的低噪前置放大器電路，其特征在于，所述輸 入電容值是第一電容值的十倍。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減小輸入電容的低噪前置放大器電路，本發(fā)明包括：運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端接有第一反饋電容組，所述第一反饋電容組由兩個(gè)等值的電容串聯(lián)組成；其反相輸入端和輸出端之間接有第二反饋電容組，所述第二反饋電容組由兩個(gè)等值的電容串聯(lián)組成，且第二反饋電容組兩個(gè)串聯(lián)的電容之間與第二電容的一端相連接，所述第一反饋電容組兩個(gè)串聯(lián)的電容之間與該第二電容的另一端相連接；所述運(yùn)算放大器的同相、反向輸入端還分別接有第一、第二輸入電容。本發(fā)明一種減小輸入電容的低噪前置放大器電路可以使等效反饋電容減小，進(jìn)而所需的輸入電容也會(huì)減小，減小芯片面積，進(jìn)而降低芯片成本。
【IPC分類(lèi)】H03F1/26
【公開(kāi)號(hào)】CN105305971
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510731773
【發(fā)明人】孫宏偉, 張金勇, 林福江, 王磊
【申請(qǐng)人】深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月3日