CMOS高性能 EEG读出系统中模拟前端设计
CSTR:
作者:
作者单位:

(1.南京邮电大学集成电路科学与工程学院,南京 210023;2.中国科学院紫金山天文台,南京 210023;3.复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室,上海 201203;4.中国科学技术大学天文与空间科学学院,合肥 230026)

作者简介:

李见见(1998.),男(汉族),安徽阜阳人,硕士研究生,主要研究方向为模拟集成电路设计。张长春(1981.),男(汉族),河南南阳人,博士,教授,博导,主要研究方向为有线 /无线收发器及能量收集芯片设计。通信作者。

通讯作者:

中图分类号:

TN911. 7

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(62174090);毫米波国家重点实验室开放课题(K202325)


Design of an Analog Front-end for High-performance CMOS EEG Readout Systems
Author:
Affiliation:

(1. College of Integrated Circuit Science and Engineering,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210023,P. R. China;2. Purple Mountain Observatory,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210023,P. R. China;3. Fudan University State Key Laboratory of Integrated Chips and Systems,Shanghai 201203,P. R. China;4. School of Astronomy and Space Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230023,P. R. China)

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    摘要:

    基于 180 nm CMOS工艺设计了一款 EEG模拟前端读出电路。仪表放大器采用交流耦合-电容反馈式拓扑结构,增加直流伺服回路、纹波抑制回路和全局斩波调制功能,除提供高通特性外,还实现了 40 dB增益;低通滤波器基于开关电容结构实现精确低通角以减少高频干扰,结合相关双采样技术消除失调电压;可编程增益放大器利用翻转电容原理改善低频响应,并采用改进型 AB类输出级驱动异步时序 SAR-ADC。除此之外,还配置了电源管理单元以及右腿驱动电路。模拟前端采用全差分架构,后仿真结果表明,该模拟前端实现了 0. 075~174 Hz的通带范围,增益在 56~86 dB之间可调,等效输入阻抗高达 255 MΩ,CMRR>180 dB,输入参考噪声为 58. 4 nV/Hz(@100 Hz)。

    Abstract:

    In this study, we designed an EEG analog front-end readout circuit based on 180 nm CMOS technology. The instrumentation amplifier employs an AC-coupled capacitive feedback topology integrated with DC servo loop,ripple suppression loop,and global chopper modulation,thereby achieving both high-pass characteristics and a gain of 40 dB. The low-pass filter employs a switched-capacitor structure to implement precise cutoff frequency for high-frequency interference suppression,along with the correlated double sampling technique to eliminate offset voltage. The programmable gain amplifier adopts the flipped-capacitor principle to improve low-frequency response and incorporates an enhanced class-AB output stage to drive the asynchronous timing SAR-ADC. Additionally,the design includes the power management unit and right-leg drive circuit. Implemented in fully differential architecture, the post-layout simulation results indicate that the analog front-end achieves a bandwidth of 0. 075–174 Hz,adjustable gain from 56 to 86 dB,equivalent input impedance up to 255 MΩ,CMRR exceeding 180 dB,and input-referred noise of58.4 nV/ Hz(@100 Hz).

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  • 收稿日期:2024-10-21
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  • 在线发布日期: 2026-01-27
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