穿戴式电生理监测系统的超低功耗、低噪声模拟前端集成电路研究与设计
随着体域网的迅猛发展，穿戴式健康护理系统已经成为当前集成电路领域的研究热点。电生理信号的实时采集与监测在现代医学研究和临床实践中具有重要的意义。本论文的主要工作是对穿戴式电生理监测系统的模拟前端集成电路进行研究与设计，重点研究了超低功耗、低噪声设计技术。 论文首先研究了基于体域网的穿戴式健康监护系统的系统架构、常见电生理信号的幅度特性及频率特性、和常见生物电极及其电路模型;接着，系统地分析了在电生理监测过程中所遇到的多种噪声和干扰及其抑制方法;最后，完成了模拟前端集成电路的指标定义。 论文采用了对应用系统、模拟前端结构、核心模块电路、关键元件等层次细致研究、联合优化的方法;并研究了载波调制、双回路失调消除等关键技术;从而解决了全集成模拟前端集成电路的设计难点:低噪声、高共模抑制比和高输入阻抗等高性能指标。 论文完成了一颗可编程的8通道模拟前端芯片的设计，并在0.35μm2P4MCMOS工艺下成功流片。测试结果表明:模拟前端呈现出带通特性，低通截止频率可在122-1130Hz范围内数字可调;中频增益可在42-78dB范围内数字可编程;可抑制的最大电极失调电压为54mV;等效输入噪声为0.97μVrms(0.5-100Hz);等效输入阻抗高于1000MΩ@10Hz;共模抑制比为114dB。模拟前端的电源电压为2.7V，消耗电流为101μA，噪声能效因子(NEF)为11.3。芯片的噪声特性、共模抑制比、输入阻抗等关键指标达到了国际一流水平。此外，采用上述全定制的模拟前端，论文还设计了一款完整的无线心电信号采集系统，实现了在智能手机端在线监测心电功能，并完成了该系统的人体验证。
体域网;穿戴式健康护理系统;电生理信号;生物电极;模拟前端;集成电路
复旦大学
硕士
微电子学与固体电子学
洪志良;秦亚杰
2013
中文
TN402
74
2015-05-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）