一、摘要

1. 台灣之光- 應用於肌電訊號擷取之0.8V類比前端積體電路 學生:林祓 指導教授:廖育德、蔡宗亨 模擬結果:圖3為所提出電路雜訊以及頻率響應模擬結果。由圖3(a)可看出使用chopper可成功的將低頻雜訊移除，且電路成功達到22 nV/，增益為34dB，Notch的原因是在chopper頻率上的訊號被移回DC而被電容阻擋所造成。 結論: 四、4階巴特沃茲Gm-C帶通濾波器設計 Reference 三、前端放大器設計 規格比較表: 二、系統架構 一、摘要 隨著現代科技的發達，許多醫學檢測系統已經可以整合於手持式的裝置中，如智慧手機、手錶等。然而，攜帶型裝置首要考量的便是功率消耗的問題，為了能提供連續且長時間的醫療檢測，電子電路的功率必須要能越低越好。本專題主要是設計一個低電壓且低功率的肌電感測系統來提供老人肌力檢測及跌倒預防，本設計採用0.8V為工作電壓，並將電晶體操作在弱反轉區來降低功率消耗。此系統包含了前端放大器，低頻GM-C濾波器以及可調增益放大器。 本次電路使用0.18um CMOS製程。所設計之類比前端放大電路的輸入參考雜訊準位為22 nV/及noise efficiency factor (NEF)為1.9，功率消耗為562nW。此外,為濾除高頻雜訊，在放大器之後加入4階帶通Gm-C濾波器，並且使用電流消除和源極退化的技巧來達到低轉導值OTA的實現。整體系統功率為693 nW。 五、電路佈局與結論 表1. 前端放大器效能比較 濾波器設計採用[5]的架構，藉由轉導電容等效電路取代面積龐大的電阻以及電感，並使用電流消除跟源極退化來達到低轉導值，同時由節點分析補償一般梯形濾波器衰減的6dB增益。 圖1為本專題實現之前端感測電路系統，先經由低雜訊放大器將訊號放大，再藉由濾波器將不需要的訊號濾除，最後再將差動訊號轉成單端訊號。 圖1. 前端電路系統 (a) (b) 圖4. (a)4階帶通濾波器 (b)Gm-Cell電路 為了達到低雜訊，使用了雙端輸入[1]以及截波穩定的架構，雙端輸入可將輸入端等校轉導值提高壓抑後級雜訊，截波穩定將低頻雜訊移至高頻再由濾波器濾除。圖2為所提出的電路架構。 前端放大器輸出訊號 10Hz 900Hz 濾波器輸出訊號 (b) (a) 圖5. (a)頻率響應 (b)時域模擬 (a) (b) 此專題實現了0.8V類比前端電路系統，前端放大器達到1.9的NEF，且整體系統消耗功率683nW，相較於一般系統需要數微瓦，成的的達到低功率且低雜訊的設計。系統頻寬為10 ～900Hz 增益可調範圍為32～44dB，使用0.18um CMOS製程。未來將在放大器上加上一低通濾波器進行回授，移除外部偏移電壓。 圖2. (a)前端放大器 (b)OPA電路 Input referred noise(without chopper) 圖5. 系統電路佈局 Fan Zhang,, Jeremy Holleman, and Brian P. Otis, “Design of Ultra-Low Power BiopotentialAmplifiersforBiosignalAcquisitionApplications”, IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, vol. 6, no. 4, pp 344-355, Aug. 2012 S. Kao, “A 1.5V 7.5μW programmable gain amplifier for multiple biomedical signal acquisition,” IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference, pp. 73-76., 2009 Long Yan, Jerald Yoo, Binhee Kim, and Hoi-Jun Yoo, “A 0.5-V 12-W Wirelessly Powered Patch-Type Healthcare Sensor for Wearable Body Sensor Network,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 45, no. 11, pp. 2356-2365, Nov. 2010 Naveen Verma, Ali Shoeb, Jose Bohorquez, Joel Dawson, John Guttag, and Anantha P. Chandrakasan, “A Micro-Power EEG Acquisition SoC With Integrated Feature Extraction Processor for a Chronic Seizure Detection System,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 45, no. 4, pp. 804-816, April 2010 高維鈞, “An Ultra Low Power Bandpass Filter For Pacemaker” 中正大學電機工程研究所碩士論文, July 2009 Input referred noise(with chopper) (b) (a) 圖3. (a)使用chopper及未使用chopper雜訊模擬結果 (b)放大器頻率響應