基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大器

本发明属于电子电路，具体涉及一种基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大器。

背景技术：

1、随着生物医疗技术的不断发展，人们对生物电信号的运用愈发娴熟，然而，传统生物电信号采集设备体积庞大，难以移动，不利于远程医疗服务体系建设。但新型便携式生物电信号采集系统受到输入阻抗低，电极直流失调高，电力线共模干扰大，噪声大，功耗高等问题的影响，而发展缓慢。

2、生物电信号具有摆幅小，频率低的特点，一般通过模拟前端放大器放大后交给模数转换器转换成数字量，再交给数据处理电路，但是用于采样生物电信号的电极由于与皮肤接触位置不同，皮肤表面状态不同，电极自身不对称，导联线寄生电阻不同等因素的影响，由电极传导的生物电信号往往伴随着较大的直流失调。

3、传统运放采用模拟伺服回路来校准直流失调，但是存在响应时间慢，校准范围有限，面积大等缺点。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大器。本发明解决技术问题的具体方式通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供了一种基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大器，包括：

3、模拟校准电路、数字校准电路和放大电路；

4、放大电路的第一输入端接输入信号vip，第二输入端接输入信号vin；

5、放大电路的第三输入端与模拟校准电路的第一输出端、数字校准电路的第一输出端连接；

6、放大电路的第四输入端与模拟校准电路的第二输出端、数字校准电路的第二输出端连接；

7、放大电路的第一输出端接输出信号voutn，与模拟校准电路的第一输入端、数字校准电路的第一输入端连接；

8、放大电路的第二输出端接输出信号voutp，与模拟校准电路的第二输入端、数字校准电路的第二输入端连接；

9、模拟校准电路用于对输出信号voutn和voutp进行积分处理，并根据积分结果输出第一校准信号；

10、数字校准电路用于对输出信号voutn和voutp进行采样，根据采样结果输出第二校准信号；

11、放大电路用于根据第一校准信号和第二校准信号对输入信号vip和vin进行闭环放大，以校准并输出voutn和voutp。

12、第二方面，本发明还提供了一种基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大芯片，包括时钟生成模块和如第一方面提供的基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大器；

13、时钟生成模块与基于模数混合架构失调校准的仪表放大电路连接；

14、时钟生成模块用于生成时钟信号en、enf、pbuf、pbuff、sch1、sch2、sch1f和sch2f，时钟信号en与时钟信号enf频率相同，相位相反，时钟信号pbuf与时钟信号pbuff频率相同，相位相反，时钟信号sch1与时钟信号sch1f频率相同，相位相反，时钟信号sch2与时钟信号sch2f频率相同，相位相反；

15、基于模数混合架构失调校准的仪表放大电路用于根据时钟信号en、enf、pbuf、pbuff、sch1、sch2、sch1f和sch2f，对输入信号vin、vip进行放大处理，以得到输出信号voutn和voutp。

16、本发明的有益效果：

17、本发明提供的一种基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大器，包括模拟校准电路、数字校准电路和放大电路；放大电路的第一输入端接输入信号vip，第二输入端接输入信号vin；放大电路的第三输入端与模拟校准电路的第一输出端、数字校准电路的第一输出端连接；放大电路的第四输入端与模拟校准电路的第二输出端、数字校准电路的第二输出端连接；放大电路的第一输出端接输出信号voutn，与模拟校准电路的第一输入端、数字校准电路的第一输入端连接；放大电路的第二输出端接输出信号voutp，与模拟校准电路的第二输入端、数字校准电路的第二输入端连接；模拟校准电路用于对输出信号voutn和voutp进行积分处理，并根据积分结果输出第一校准信号；数字校准电路用于对输出信号voutn和voutp进行采样，根据采样结果输出第二校准信号；放大电路用于根据第一校准信号和第二校准信号对输入信号vip和vin进行闭环放大控制，以校准并输出voutn和voutp，其通过“模拟+数字”的校准的方式，不仅响应速度快，校准效率高，而且，在保证校准精度的同时，扩大了校准范围，缩小了电路面积。

18、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述数字校准电路包括逐次逼近寄存器模数转换器sar adc、锁存器latch、数模转换器dac；

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述dac包括多个并联连接到所述dac的输出端的dac子模块；

4.根据权利要求1-3任一所述电路，其特征在于，所述模拟校准电路包括电阻r3、r4，电容c7、c8、c9、c10，运算放大器gm2、斩波器u6；

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述放大电路包括输入缓冲斩波电路和闭环增益放大电路；

6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述闭环增益放大电路包括电容c1、c2，电阻r1、r2，运算放大器gm 1，斩波器u3、u5，第一电容调节单元和第二电容调节单元；

7.根据权利要求6所述电路，其特征在于，所述第一电容调节单元包括开关s11、s12，电容c4、c6；

8.根据权利要求6或7所述电路，其特征在于，所述第二电容调节单元包括开关s9、s10，电容c3、c5；

9.根据权利要求8所述电路，其特征在于，r1、r2、r3、r4为由mos管或开关电阻构成的伪电阻。

10.一种基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大芯片，其特征在于，包括时钟生成模块和如权利要求1-9任一所述的基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大器；

技术总结
本发明提供了一种基于模数混合架构失调校准的高精度仪表放大器，包括模拟校准电路、数字校准电路和放大电路；模拟校准电路用于对输出信号VOUTN和VOUTP进行积分处理，并根据积分结果输出第一校准信号；数字校准电路用于对输出信号VOUTN和VOUTP进行采样，根据采样结果输出第二校准信号；放大电路用于根据第一校准信号和第二校准信号对输入信号VIP和VIN进行闭环放大，以校准并输出VOUTN和VOUTP，其通过“模拟+数字”的校准的方式，响应速度快，校准效率高，校准范围大，电路面积小。

技术研发人员：刘术彬,沈愉轲,刘家成,张延博,丁瑞雪,朱樟明
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21