本發(fā)明屬于生物醫(yī)療電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于生物電信號(hào)的儀表放大器。

背景技術(shù)：

目前，心電圖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、腦電圖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及神經(jīng)信號(hào)記錄系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外生物醫(yī)療電子領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。心電信號(hào)、腦電信號(hào)以及神經(jīng)信號(hào)的記錄研究具備廣泛的應(yīng)用價(jià)值，其中心電信號(hào)對(duì)探測(cè)心臟生理病理變化具有重大意義，腦電信號(hào)和神經(jīng)信號(hào)對(duì)探測(cè)和診斷神經(jīng)性疾病，如癲癇等有很高的價(jià)值，它們的研究進(jìn)展對(duì)未來神經(jīng)假體、治愈神經(jīng)性疾病具有重要意義。對(duì)于記錄和探測(cè)以上所述生物信號(hào)的電子系統(tǒng)，高性能的儀表放大器是一個(gè)至關(guān)重要的模塊。

生物電信號(hào)分布的頻帶較低，一般在10khz以下，且信號(hào)的幅值微弱，一般在數(shù)微伏到數(shù)毫伏之間。比如，腦電信號(hào)一般分布在0.5hz到100hz之間，幅值一般為1μv到100μv之間；心電信號(hào)一般分布在0.5hz到500hz之間，幅度為1μv到500μv之間；神經(jīng)信號(hào)一般分為動(dòng)作電位信號(hào)和局部電位信號(hào)，頻率分別在200hz到10khz和0.1hz到200hz之間，幅值也一般在數(shù)百微伏到數(shù)毫伏級(jí)別。同時(shí)在腦電、心電、神經(jīng)信號(hào)的記錄系統(tǒng)中，用于檢測(cè)信號(hào)的電極會(huì)因?yàn)楸恢車窠?jīng)元或者細(xì)胞的附著導(dǎo)致輸出阻抗高達(dá)數(shù)千歐姆。由于生物電信號(hào)的特性，要求應(yīng)用于生物信號(hào)的儀表放大器要具備低噪聲、高共模抑制比、高輸入阻抗以及高放大倍數(shù)。

電容耦合斬波儀表放大器是一種較為常用的應(yīng)用于生物電信號(hào)的儀表放大器類型。電容耦合斬波儀表放大器使用電容反饋，匹配精度相對(duì)高，能到達(dá)更低的噪聲水平，并且不消耗額外的靜態(tài)電流，能達(dá)到低功耗和高增益精度。同時(shí)，由于斬波器的使用，放大器的共模抑制比高，可以達(dá)到軌到軌輸入電壓范圍。由于這些特點(diǎn)，斬波電容耦合儀表放大器被較多地運(yùn)用于生物信號(hào)的前置放大級(jí)。

但是，電容耦合斬波放大器由于斬波器的使用，放大器的等效輸入失調(diào)電壓會(huì)被斬波為頻率在斬波頻率的失調(diào)電流交流信號(hào)，在后級(jí)放大器的密勒電容上積分形成輸出電壓紋波。假使主放大器的失調(diào)電壓為10mv，主放大器的跨導(dǎo)為14us，密勒電容為18pf，斬波頻率為20khz，將在放大器輸出端造成幅值大約200mv的輸出電壓紋波。由于生物醫(yī)療信號(hào)的微弱性，輸出電壓紋波很容易對(duì)放大后的生物醫(yī)療信號(hào)造成極大的干擾，并限制儀表放大器的輸出電壓擺幅。同時(shí)，由于生物電信號(hào)的頻帶不盡相同，且要根據(jù)后級(jí)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的需求調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，對(duì)儀表放大器有了增益和帶寬可變的要求。

現(xiàn)有技術(shù)中主要有兩種方式對(duì)電容耦合斬波放大器的輸出電壓紋波進(jìn)行消除。第一種方式是通過在電容耦合斬波放大器后接低通濾波器的方式消除輸出電壓紋波，這種方式使得斬波放大器的斬波頻率必須是低通濾波器截止頻率的上百倍才能得到較好的紋波消除效果。通常情況下，電容耦合斬波放大器的斬波頻率是幾十khz，所以低通濾波器的截止頻率要低于1khz，低通濾波器要實(shí)現(xiàn)低于1khz的截止頻率，在模擬集成電路中電容和電阻會(huì)消耗需要比較大的芯片面積；另一方面，由于低通濾波器的截止頻率要低于1khz，這會(huì)限制斬波放大器適用的信號(hào)范圍。

第二種方式是通過將電容耦合斬波放大器輸出電壓紋波轉(zhuǎn)換為交流電流信號(hào)，斬波器將交流電流信號(hào)調(diào)制為直流電流信號(hào)，通過積分器對(duì)直流電流信號(hào)進(jìn)行積分得到積分電壓，而后通過跨導(dǎo)將積分電壓轉(zhuǎn)換為電流補(bǔ)償斬波放大器主放大器的失調(diào)，從而達(dá)到減小斬波放大器輸出電壓紋波的效果。但是，由于積分器失調(diào)電壓的存在，通過跨導(dǎo)形成的補(bǔ)償電流往往不能準(zhǔn)確地補(bǔ)償斬波放大器的失調(diào)，對(duì)斬波放大器輸出電壓紋波不能形成很好的抑制效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明提供了一種用于生物電信號(hào)的儀表放大器，通過采用高頻斬波技術(shù)使得儀表放大器的閃爍噪聲得到大幅減小，達(dá)到了很小的噪聲水平；同時(shí)，本發(fā)明通過結(jié)合ping-pong自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)和隔直電容的使用，在主通路就實(shí)現(xiàn)了電容耦合斬波放大器輸出紋波的消除，使得儀表放大器的輸出不受紋波信號(hào)的干擾，得到更大的信號(hào)擺幅。

一種用于生物電信號(hào)的儀表放大器，包括：

高頻斬波器chin，用于將輸入的低頻差分生物電信號(hào)調(diào)制成高頻差分電壓信號(hào)；

隔直模塊，用于對(duì)所述高頻差分電壓信號(hào)進(jìn)行隔直處理；

低失調(diào)放大模塊，用于對(duì)隔直后的高頻差分電壓信號(hào)進(jìn)行放大并在放大過程中引入自調(diào)零技術(shù)和高頻斬波調(diào)制技術(shù)，得到低失調(diào)的差分直流電壓信號(hào)，進(jìn)而對(duì)低失調(diào)的差分直流電壓信號(hào)進(jìn)行斬波以將其調(diào)制為低頻差分電壓信號(hào)；

class-a模塊，用于對(duì)所述低頻差分電壓信號(hào)進(jìn)一步放大；

正反饋環(huán)路，用于將class-a模塊的輸出信號(hào)正反饋至隔直模塊的輸入端，從而提高儀表放大器的輸入阻抗；

負(fù)反饋環(huán)路，用于將class-a模塊的輸出信號(hào)負(fù)反饋至低失調(diào)放大模塊的輸入端，從而控制低頻差分生物電信號(hào)至class-a模塊輸出信號(hào)之間的放大倍數(shù)；

增益可變放大模塊，其通過調(diào)節(jié)儀表放大器的整體放大倍數(shù)對(duì)class-a模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行可調(diào)式放大后并最終輸出。

所述隔直模塊包括兩個(gè)輸入電容cin1～cin2和兩個(gè)偽電阻r1～r2；其中，輸入電容cin1的一端與高頻斬波器chin的第一輸出端以及正反饋環(huán)路的第一輸出端相連，輸入電容cin1的另一端與偽電阻r1的一端、低失調(diào)放大模塊的正相輸入端以及負(fù)反饋環(huán)路的第二輸出端相連，輸入電容cin2的一端與高頻斬波器chin的第二輸出端以及正反饋環(huán)路的第二輸出端相連，輸入電容cin2的另一端與偽電阻r2的一端、低失調(diào)放大模塊的反相輸入端以及負(fù)反饋環(huán)路的第一輸出端相連，偽電阻r1和r2的另一端均接外部給定的共模輸入電壓信號(hào)。

所述低失調(diào)放大模塊包括兩個(gè)隔直電容c11～c12、兩個(gè)偽電阻r3～r4、高頻斬波器chm、ping自調(diào)零放大器和pong自調(diào)零放大器；其中，ping自調(diào)零放大器的正相輸入端與pong自調(diào)零放大器正相輸入端相連并作為低失調(diào)放大模塊的正相輸入端，ping自調(diào)零放大器的反相輸入端與pong自調(diào)零放大器反相輸入端相連并作為低失調(diào)放大模塊的反相輸入端，ping自調(diào)零放大器的正相輸出端與pong自調(diào)零放大器正相輸出端以及隔直電容c12的一端相連，ping自調(diào)零放大器的反相輸出端與pong自調(diào)零放大器反相輸出端以及隔直電容c11的一端相連，隔直電容c11的另一端與偽電阻r3的一端以及高頻斬波器chm的第一輸入端相連，隔直電容c12的另一端與偽電阻r4的一端以及高頻斬波器chm的第二輸入端相連，偽電阻r3和r4的另一端均接外部給定的共模輸入電壓信號(hào)，高頻斬波器chm的第一輸入端與class-a模塊的反相輸入端相連，高頻斬波器chm的第二輸入端與class-a模塊的正相輸入端相連。

所述ping自調(diào)零放大器和pong自調(diào)零放大器的結(jié)構(gòu)相同，其具體結(jié)構(gòu)包括七個(gè)開關(guān)s1～s7、九個(gè)pmos管p1～p9、十二個(gè)nmos管n1～n12以及調(diào)零電容caz；其中，pmos管p1～p5的源極共連并接電源電壓vdd，pmos管p1的柵極接外部給定的偏置電壓vb1，pmos管p1的漏極與pmos管p6的源極以及pmos管p7的源極相連，pmos管p6的柵極與nmos管n3的柵極、開關(guān)s3的一端以及開關(guān)s2的一端相連，開關(guān)s2的另一端作為ping自調(diào)零放大器或pong自調(diào)零放大器的反相輸入端，pmos管p7的柵極與nmos管n4的柵極、開關(guān)s3的另一端以及開關(guān)s1的一端相連，開關(guān)s1的另一端作為ping自調(diào)零放大器或pong自調(diào)零放大器的正相輸入端，pmos管p6的漏極與nmos管n3的漏極、nmos管n5的漏極以及nmos管n7的源極相連，pmos管p7的漏極與nmos管n4的漏極、nmos管n6的漏極以及nmos管n8的源極相連，pmos管p2的柵極與pmos管p3的柵極、pmos管p5的柵極、pmos管p5的漏極、nmos管n10的漏極以及nmos管n11的漏極相連，pmos管p2的漏極與pmos管p8的源極相連，pmos管p3的漏極與pmos管p9的源極相連，pmos管p4的柵極與pmos管p4的漏極、nmos管n9的漏極以及nmos管n12的漏極相連，pmos管p8的柵極與pmos管p9的柵極共連并接外部給定的偏置電壓vb2，pmos管p8的漏極與開關(guān)s4的一端、nmos管n7的漏極、nmos管n9的柵極以及開關(guān)s7的一端相連，pmos管p9的漏極與開關(guān)s5的一端、nmos管n8的漏極、nmos管n12的柵極以及開關(guān)s6的一端相連，開關(guān)s7的另一端作為ping自調(diào)零放大器或pong自調(diào)零放大器的正相輸出端，開關(guān)s6的另一端作為ping自調(diào)零放大器或pong自調(diào)零放大器的反相輸出端，nmos管n7的柵極與nmos管n8的柵極共連并接外部給定的偏置電壓vb3，開關(guān)s4的另一端與調(diào)零電容caz的一端以及nmos管n5的柵極相連，開關(guān)s5的另一端與調(diào)零電容caz的另一端以及nmos管n6的柵極相連，nmos管n5的源極與nmos管n3的源極、nmos管n6的源極、nmos管n4的源極以及nmos管n1的漏極相連，nmos管n1的柵極與nmos管n1的柵極共連并接外部給定的偏置電壓vb4，nmos管n1的源極與nmos管n2的源極相連并接地，nmos管n2的漏極與nmos管n9的源極、nmos管n10的源極、nmos管n11的源極以及nmos管n12的源極相連，nmos管n10的柵極與nmos管n11的柵極共連并接外部給定的偏置電壓vref，開關(guān)s1和s2的控制極均接外部給定的開關(guān)信號(hào)φa，開關(guān)s3～s5的控制極均接外部給定的開關(guān)信號(hào)φz，開關(guān)s6和s7的控制極均接外部給定的開關(guān)信號(hào)φo，所述開關(guān)信號(hào)φz與開關(guān)信號(hào)φo相位互補(bǔ)。

所述ping自調(diào)零放大器在開關(guān)信號(hào)φz時(shí)鐘相位中對(duì)自身的失調(diào)電壓進(jìn)行調(diào)零校準(zhǔn)，在開關(guān)信號(hào)φo時(shí)鐘相位中對(duì)兩路輸入信號(hào)進(jìn)行放大后輸出；所述pong自調(diào)零放大器在開關(guān)信號(hào)φz時(shí)鐘相位中對(duì)自身的失調(diào)電壓進(jìn)行調(diào)零校準(zhǔn)，在開關(guān)信號(hào)φo時(shí)鐘相位中對(duì)兩路輸入信號(hào)進(jìn)行放大后輸出；ping自調(diào)零放大器中的開關(guān)信號(hào)φz與pong自調(diào)零放大器中的開關(guān)信號(hào)φo相位一致。

所述正反饋環(huán)路和負(fù)反饋環(huán)路的結(jié)構(gòu)相同，其具體結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)反饋電容cf1～cf2和高頻斬波器chf；其中，高頻斬波器chf的第一輸入端作為正反饋環(huán)路或負(fù)反饋環(huán)路的第一輸入端，高頻斬波器chf的第二輸入端作為正反饋環(huán)路或負(fù)反饋環(huán)路的第二輸入端，高頻斬波器chf的第一輸出端與反饋電容cf1的一端相連，反饋電容cf1的另一端作為正反饋環(huán)路或負(fù)反饋環(huán)路的第一輸出端，高頻斬波器chf的第二輸出端與反饋電容cf2的一端相連，反饋電容cf2的另一端作為正反饋環(huán)路或負(fù)反饋環(huán)路的第二輸出端。

所述class-a模塊包括四個(gè)pmos管p10～p13、七個(gè)nmos管n13～n19以及兩個(gè)密勒電容cm1～cm2；其中，pmos管p10～p13的源極共連并接電源電壓vdd，pmos管p10的柵極與pmos管p11的柵極、pmos管p13的柵極、pmos管p13的漏極、nmos管n17的漏極以及nmos管n18的漏極相連，pmos管p10的漏極與密勒電容cm2的一端、nmos管n13的漏極以及nmos管n16的柵極相連并作為class-a模塊的反相輸出端，pmos管p11的漏極與密勒電容cm1的一端、nmos管n14的漏極以及nmos管n19的柵極相連并作為class-a模塊的正相輸出端，pmos管p12的漏極與pmos管p12的柵極、nmos管n16的漏極以及nmos管n19的漏極相連，密勒電容cm2的另一端與nmos管n13的柵極相連并作為class-a模塊的正相輸入端，密勒電容cm1的另一端與nmos管n14的柵極相連并作為class-a模塊的反相輸入端，nmos管n13的源極與nmos管n14的源極以及nmos管n15的源極相連并接地，nmos管n15的柵極接外部給定的偏置電壓vb4，nmos管n15的漏極與nmos管n16的源極、nmos管n17的源極、nmos管n18的源極以及nmos管n19的源極相連，nmos管n17的柵極與nmos管n18的柵極共連并接外部給定的偏置電壓vref。

所述增益可變放大模塊包括兩個(gè)隔直電容c21～c22、兩個(gè)偽電阻r5～r6、兩個(gè)密勒電容c31～c32以及增益可變放大器；其中，隔直電容c21的一端與class-a模塊的正相輸出端相連，隔直電容c21的另一端與偽電阻r5的一端、密勒電容c31的一端以及增益可變放大器的反相輸入端相連，隔直電容c22的一端與class-a模塊的反相輸出端相連，隔直電容c22的另一端與偽電阻r6的一端、密勒電容c32的一端以及增益可變放大器的正相輸入端相連，增益可變放大器的正相輸出端與偽電阻r5的另一端以及密勒電容c31的另一端相連，增益可變放大器的反相輸出端與偽電阻r6的另一端以及密勒電容c32的另一端相連。

所述增益可變放大器包括九個(gè)pmos管p14～p22以及十個(gè)nmos管n20～n29；其中，pmos管p14的源極接二分之一的電源電壓vdd，pmos管p14的柵極接外部給定的偏置電壓vb5，pmos管p14的漏極與pmos管p19的源極以及pmos管p20的源極相連，pmos管p19的柵極與pmos管p22的柵極相連并作為增益可變放大器的反相輸入端，pmos管p20的柵極與pmos管p23的柵極相連并作為增益可變放大器的正相輸入端，pmos管p19的漏極與nmos管n22的漏極以及nmos管n28的源極相連，pmos管p20的漏極與nmos管n23的漏極以及nmos管n29的源極相連，pmos管p15～p18的源極共連并接電源電壓vdd，pmos管p15的柵極與pmos管p16的柵極、pmos管p18的柵極、pmos管p18的漏極、nmos管n25的漏極以及nmos管n26的漏極相連，pmos管p15的漏極與pmos管p21的源極相連，pmos管p16的漏極與pmos管p22的源極相連，pmos管p17的漏極與pmos管p17的柵極、nmos管n24的漏極以及nmos管n27的漏極相連，nmos管n25的柵極與nmos管n26的柵極共連并接外部給定的偏置電壓vref，pmos管p21的柵極與pmos管p22的柵極共連并接外部給定的偏置電壓vb6，pmos管p21的漏極與nmos管n28的漏極以及nmos管n24的柵極相連并作為增益可變放大器的正相輸出端，pmos管p22的漏極與nmos管n29的漏極以及nmos管n27的柵極相連并作為增益可變放大器的反相輸出端，nmos管n28的柵極與nmos管n29的柵極共連并接外部給定的偏置電壓vb7，nmos管n22的源極與nmos管n23的源極以及nmos管n20的漏極相連，nmos管n20的柵極與nmos管n21的柵極共連并接外部給定的偏置電壓vb4，nmos管n20的源極與nmos管n21的源極相連并接地，nmos管n21的漏極與nmos管n24的源極、nmos管n25的源極、nmos管n26的源極以及nmos管n27的源極相連。

所述高頻斬波器chin、chm和chf的結(jié)構(gòu)相同，其具體結(jié)構(gòu)由四個(gè)cmos傳輸門m1～m4組成；其中，cmos傳輸門m1的輸入端與cmos傳輸門m3的輸入端相連并作為高頻斬波器的第一輸入端，cmos傳輸門m1的輸出端與cmos傳輸門m2的輸出端相連并作為高頻斬波器的第一輸出端，cmos傳輸門m2的輸入端與cmos傳輸門m4的輸入端相連并作為高頻斬波器的第二輸入端，cmos傳輸門m3的輸出端與cmos傳輸門m4的輸出端相連并作為高頻斬波器的第二輸出端，cmos傳輸門m1的第一控制端、cmos傳輸門m2的第二控制端、cmos傳輸門m3的第二控制端以及cmos傳輸門m4的第一控制端均接外部提供的開關(guān)信號(hào)ψb，cmos傳輸門m1的第二控制端、cmos傳輸門m2的第一控制端、cmos傳輸門m3的第一控制端以及cmos傳輸門m4的第二控制端均接外部提供的開關(guān)信號(hào)ψ，開關(guān)信號(hào)ψb與開關(guān)信號(hào)ψ相位互補(bǔ)。

所述偽電阻r1～r6的結(jié)構(gòu)相同，其具體結(jié)構(gòu)由兩個(gè)pmos管s1～s2組成；其中，pmos管s1的源極作為偽電阻的一端，pmos管s1的柵極與pmos管s2的柵極、pmos管s1的漏極以及pmos管s2的漏極相連，pmos管s2的源極作為偽電阻的另一端。

本發(fā)明通過采用高頻斬波技術(shù)使得儀表放大器的閃爍噪聲得到大幅減小，達(dá)到了很小的噪聲水平(0.5hz～10khz的信號(hào)帶寬內(nèi)底噪53.9nv/√hz，平均噪聲54.5nv/√hz)。同時(shí)，本發(fā)明通過結(jié)合ping-pong自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)和隔直電容的使用，在主通路就實(shí)現(xiàn)了電容耦合斬波放大器輸出紋波的消除，使得儀表放大器的輸出不受紋波信號(hào)的干擾，得到更大的信號(hào)擺幅。另外，本發(fā)明通過第二級(jí)增益可變放大器和可變密勒電容的使用，實(shí)現(xiàn)了儀表放大器可變?cè)鲆婵勺儙挼墓δ埽渲性鲆婵蓮?0db到60db變化，帶寬可從1khz到10khz變化，并且增益可變放大器中的主放大器采用了兩種電壓供電，相較一種電壓供電的放大器減少了近一半的功耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明儀表放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明儀表放大器的時(shí)序示意圖。

圖3為ping-pong自調(diào)零放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為高頻斬波器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為class-a輸出級(jí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為增益可調(diào)放大器的主放大器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明儀表放大器的增益帶寬可變效果示意圖。

圖8為本發(fā)明儀表放大器的噪聲效果示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明用于生物電信號(hào)的儀表放大器包括：高頻斬波器chin、輸入電容cin1～cin2、mos管(m1-2、m3-4、m5-6、m7-8、m9-10、m11-12)形成的偽電阻、兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同且時(shí)序互補(bǔ)的ping-pong自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)、隔直電容c11-12、高頻斬波器chm、class-a輸出級(jí)、正反饋環(huán)路、負(fù)反饋環(huán)路和增益可調(diào)放大器組成。

該儀表放大器首先由輸入高頻斬波器chin將輸入端的生物電信號(hào)進(jìn)行斬波，調(diào)制到80khz，并通過輸入電容cin1～cin2傳輸?shù)絧ing-pong自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)的輸入端。

ping-pong自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)對(duì)調(diào)制到高頻的生物電信號(hào)進(jìn)行放大。

根據(jù)圖2中的時(shí)序，在時(shí)鐘相位φaping有效時(shí)，時(shí)鐘相位φzpong同時(shí)有效，ping結(jié)構(gòu)放大器的輸入端連接到被調(diào)制到高頻的生物電信號(hào)，并且由調(diào)零電容caz1兩端在φzping時(shí)鐘相位中存儲(chǔ)的補(bǔ)償電壓形成補(bǔ)償電流來平衡ping結(jié)構(gòu)放大器的輸入失調(diào)電壓，從而在ping結(jié)構(gòu)放大器的輸出端形成一個(gè)放大的低失調(diào)高頻生物電信號(hào)；此時(shí)，pong自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)放大器輸入端短接，輸出端連接到調(diào)零電容caz2兩端，從而在調(diào)零電容caz2上形成一個(gè)補(bǔ)償電壓，該補(bǔ)償電壓可以在下一個(gè)φapong時(shí)鐘相位中平衡pong結(jié)構(gòu)放大器的輸入失調(diào)電壓。

根據(jù)圖2中的時(shí)序，在時(shí)鐘相位φapong有效時(shí)，時(shí)鐘相位φzping同時(shí)有效，pong結(jié)構(gòu)放大器的輸入端連接到被調(diào)制到高頻的生物電信號(hào)，并且由調(diào)零電容caz2兩端在φzpong時(shí)鐘相位中存儲(chǔ)的補(bǔ)償電壓形成補(bǔ)償電流來平衡pong結(jié)構(gòu)放大器的輸入失調(diào)電壓，從而在pong結(jié)構(gòu)放大器的輸出端形成一個(gè)放大的低失調(diào)高頻生物電信號(hào)；此時(shí)，ping自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)放大器輸入端短接，輸出端連接到調(diào)零電容caz1兩端，從而在調(diào)零電容caz1上形成一個(gè)補(bǔ)償電壓，該補(bǔ)償電壓可以在下一個(gè)φaping時(shí)鐘相位中平衡pong結(jié)構(gòu)放大器的輸入失調(diào)電壓。

圖3為ping-pong自調(diào)零放大器的結(jié)構(gòu)示意，ping-pong自調(diào)零放大器采用了電流復(fù)用的技術(shù)，將輸入對(duì)管pmos管p6-7的電流復(fù)用于另一對(duì)輸入對(duì)管nmos管n3-4中，從而在不另外增加功耗的前提下提高了放大器的放大倍數(shù)。

通過ping-pong自調(diào)零技術(shù)，放大器的失調(diào)電壓被抑制，從而可以工作在正常的放大狀態(tài)，使得被調(diào)制到高頻的生物電信號(hào)ping-pong自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)的輸出端實(shí)現(xiàn)放大，同時(shí)在ping-pong自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)的輸出端僅有幅值很小的直流失調(diào)電壓。

連接在ping-pong自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)后的隔直電容c11-12可以使放大后的被調(diào)制到高頻的生物電信號(hào)通過，同時(shí)將ping-pong自調(diào)零放大器結(jié)構(gòu)的殘余直流失調(diào)電壓徹底消除。

放大后的被調(diào)制到高頻的生物電信號(hào)被接在隔直電容c11-12后的高頻斬波器chm斬波回生物電信號(hào)原有信號(hào)帶寬內(nèi)，同時(shí)由于放大器的直流失調(diào)電壓被ping-pong自調(diào)零技術(shù)和隔直電容的結(jié)合使用徹底消除，從而不會(huì)產(chǎn)生由于直流失調(diào)電壓被高頻調(diào)制斬波器調(diào)制到高頻的方波交流信號(hào)，避免了方波信號(hào)在密勒電容上積分形成的輸出電壓紋波。本實(shí)施方式中高頻斬波器chm以及chin的電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。

被調(diào)制回原有信號(hào)帶寬內(nèi)的放大后的生物電信號(hào)接到class-a輸出級(jí)，被class-a輸出級(jí)進(jìn)行了進(jìn)一步的信號(hào)放大，并連接到儀表放大器的第一級(jí)輸出端。

本實(shí)施方式中class-a輸出級(jí)的電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，跨接在class-a輸出級(jí)的輸入端和輸出端的密勒電容cm1～cm2可以實(shí)現(xiàn)主通路信號(hào)傳遞函數(shù)中的極點(diǎn)分離，從而調(diào)節(jié)輸出信號(hào)帶寬。本實(shí)施方式中的密勒電容是可調(diào)節(jié)的，從5pf到50pf可變，從而儀表放大器的第一級(jí)輸出的信號(hào)帶寬可以被限制為1khz～10khz。

儀表放大器的第一級(jí)輸出端通過負(fù)反饋斬波器chfb、負(fù)反饋電容cfb1～cfb2形成的負(fù)反饋環(huán)路，對(duì)儀表放大器第一級(jí)輸出端放大后的生物電信號(hào)相對(duì)于儀表放大器輸入端的生物電信號(hào)的放大倍數(shù)實(shí)現(xiàn)了控制，其放大倍數(shù)為(cin/cfb)，本實(shí)施方式中負(fù)反饋電容cfb1～cfb2設(shè)置為100ff，輸入電容cin設(shè)置為10pf，所以產(chǎn)生的放大倍數(shù)為40db。

同時(shí)儀表放大器的第一級(jí)輸出端通過正反饋斬波器chpf、負(fù)反饋電容cpf1～cpf2形成的正反饋環(huán)路，向輸入電容cin的輸入端提供放大器所需的輸入電流，從而實(shí)現(xiàn)增大放大器輸入阻抗的目的，本實(shí)施方式通過該正反饋環(huán)路實(shí)現(xiàn)了約20倍的輸入阻抗增大效果。

增益可變放大器作為儀表放大器的第二級(jí)，其輸入端接在儀表放大器第一級(jí)的輸出端上。增益可變放大器可以通過改變反饋電容c31-32大小改變?cè)鲆姹稊?shù)，隨著反饋電容c31-32從10pf變?yōu)?pf，后級(jí)的放大器增益可以從1倍變?yōu)?0倍，本實(shí)施方式中的儀表放大器的整體增益可從40db倍變?yōu)?0db。

圖6所示了增益可變放大器的主放大器結(jié)構(gòu)，增益可變放大器中的主放大器采用了兩種電壓供電，減少了儀表放大器的整體靜態(tài)功耗。

如圖7所示，通過調(diào)節(jié)本發(fā)明中儀表放大器中第一級(jí)的密勒電容值和第二級(jí)增益可變放大器中的反饋電容值，可以實(shí)現(xiàn)多種輸出信號(hào)帶寬和增益效果，圖7中所示了四種輸出模式：①輸出生物電信號(hào)增益40db，帶寬1khz；②輸出生物電信號(hào)增益60db，帶寬1khz；③輸出生物電信號(hào)增益40db，帶寬10khz；④輸出生物電信號(hào)增益60db，帶寬10khz。

如圖8所示，本發(fā)明儀表放大器閃爍噪聲的轉(zhuǎn)角頻率小于2hz，0.5hz-10khz信號(hào)帶寬內(nèi)的底噪53.9nv/√hz，平均噪聲54.5nv/√hz，這樣的噪聲效果使得放大后生物電信號(hào)的保有很高的信噪比。

上述對(duì)實(shí)施例的描述是為便于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)上述實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。