本發(fā)明屬于模擬集成電路領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于電流反饋的cmos儀表放大器。

背景技術(shù)：

人機(jī)接口技術(shù)是當(dāng)下的一個(gè)熱門研究領(lǐng)域。人們希望通過分析生物電信號的規(guī)律和特征，實(shí)現(xiàn)識別人的意圖，變思想為行動。而在醫(yī)療方面，對生物電信號進(jìn)行記錄和分析，也可以為臨床藥療提供一定的診斷依據(jù)。

準(zhǔn)確地采集生物電信號是人機(jī)接口技術(shù)的基礎(chǔ)。生物電信號是典型的低頻弱幅值電信號，在采集過程中，很容易受到外界噪聲的干擾。而為了實(shí)現(xiàn)多電極、可穿戴、可植入應(yīng)用，信號采集電路必須要有足夠低的功耗。這些事實(shí)對生物電信號采集電路的性能提出了非?？量痰囊?。

前端放大器front-endamplifier(fea)是生物電信號采集電路的重要組成部分，起著無失真地放大電極采集到的生物電信號、濾除通帶外的噪聲、抑制共模干擾等作用，對于正確地處理生物電信號有著決定性的意義。

目前影響最為廣泛的fea結(jié)構(gòu)是電容耦合放大器。該結(jié)構(gòu)通過電容比來設(shè)定增益，使用mos偽電阻技術(shù)實(shí)現(xiàn)抑制直流信號，但在該結(jié)構(gòu)中，工藝誤差引起的輸入無源器件的失配，會導(dǎo)致電路的cmrr降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種電流反饋結(jié)構(gòu)的cmos儀表放大器，通過電流反饋的方式，使放大器的增益由電阻之比決定；舍棄了電容耦合的結(jié)構(gòu)，消除了輸入電容失配的影響，大大提高了放大器的共模抑制比。

本發(fā)明提供了一種基于電流反饋的cmos儀表放大器，包括：pmos管m1、pmos管m6、第一電流鏡、第二電流鏡、nmos管m2、nmos管m3、nmos管m4、nmos管m5、電容cc1、電容cc2、電阻r1、電阻r2、電流源i1、電流源i2、電流源i3、電流源i4、電流源ic1和電流源ic2；第一電流鏡包括pmos管m7、pmos管m8，第二電流鏡包括pmos管m9、pmos管m10；輸入信號vi+和vi-分別與pmos管m1的柵極和pmos管m6的柵極相連；pmos管m7的源極、pmos管m8的源極、pmos管m9的源極、pmos管m10的源極共點(diǎn)，均連接電源vdd；pmos管m7的柵極、pmos管m8的柵極、pmos管m8的漏極、nmos管m4的漏極共點(diǎn)；pmos管m10的柵極、pmos管m9的柵極、pmos管m9的漏極、nmos管m3的漏極共點(diǎn)；電阻r1的一端與pmos管m7的漏極相連，pmos管m7的漏極與pmos管m1的源極共點(diǎn)；電阻r1的另一端與pmos管m10的漏極相連，pmos管m10的漏極與pmos管m6的源極共點(diǎn)；pmos管m1的漏極與nmos管m2的源極共點(diǎn)，并與電流源i1的一端相連；電流源i1的另一端連接地線vss，其電流方向?yàn)橛蓀mos管m1的漏極流向vss；pmos管m6的漏極與nmos管m5的源極共點(diǎn)，并與電流源i4的一端相連；電流源i4的另一端連接地線vss，其電流方向?yàn)橛蓀mos管m6的漏極流向vss；nmos管m2的柵極、nmos管m5的柵極與偏置電壓輸入端vc相連；nmos管m2的漏極、電容cc1的一端、nmos管m3的柵極共點(diǎn)，并與電流源ic1的一端相連；電容cc1的另一端連接地線vss；電流源ic1的另一端與電源vdd相連，其電流方向?yàn)橛蓈dd流向nmos管m2的漏極；nmos管m5的漏極、電容cc2的一端、nmos管m4的柵極共點(diǎn)，并與電流源ic2的一端相連；電容cc2的另一端連接地線vss；電流源ic2的另一端與電源vdd相連，其電流方向?yàn)橛蓈dd流向nmos管m5的漏極；nmos管m2的柵極與nmos管m5的柵極共點(diǎn)；電阻r2的一端、nmos管m3的源極、電流源i2的一端共點(diǎn)；電阻r2的另一端、nmos管m4的源極、電流源i3的一端共點(diǎn)；電流源i2的另一端連接地線vss，其電流方向?yàn)橛蒼mos管m3的源極流向vss；電流源i3的另一端連接地線vss，其電流方向?yàn)橛蒼mos管m4的源極流向vss。

更進(jìn)一步地，電流源ic1與電流源ic2的電流大小相同；電流源i1與電流源i4的電流大小相同；電流源i2與電流源i3的電流大小相同。

更進(jìn)一步地，除pmos管m1的襯底、pmos管m6的襯底接其自身源極外，其余所有pmos管襯底均接電源vdd；所有nmos管襯底均接地。

更進(jìn)一步地，pmos管m7、所述pmos管m8、所述pmos管m9和所述pmos管m10的尺寸相同；所述pmos管m1和所述pmos管m6的尺寸相同；所述nmos管m2和所述nmos管m5的尺寸相同；所述nmos管m3和所述nmos管m4的尺寸相同。

在本發(fā)明實(shí)施例中，6個(gè)電流源可以通過鏡像電流源、比例電流源實(shí)現(xiàn)，可以是單個(gè)mos管，也可以是共源共柵連接的多個(gè)mos管。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以通過pmos管m11實(shí)現(xiàn)電流源ic1，pmos管m12實(shí)現(xiàn)電流源ic2，通過nmos管m13、nmos管m14實(shí)現(xiàn)電流源i1，通過nmos管m17、nmos管m18實(shí)現(xiàn)電流源i4，通過nmos管m15實(shí)現(xiàn)電流源i2，通過nmos管m16實(shí)現(xiàn)電流源i3。

在本發(fā)明實(shí)施例中，為了解決輸入電容帶來的直流信號抑制的問題，可以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)通過增加單獨(dú)的反饋環(huán)路來解決。cmos儀表放大器還包括共模反饋電路，所述共模反饋電路包括：pmos管m19、pmos管m20、pmos管m21、pmos管m22、pmos管m23、pmos管m24、nmos管m25、nmos管m26，pmos管m23的源極與pmos管m24的源極共點(diǎn)，并與電源vdd連接；pmos管m23的柵極與pmos管m24的柵極共點(diǎn)，并與偏置電壓vbp連接；pmos管m23的漏極、pmos管m19的源極、pmos管m20的源極共點(diǎn)；pmos管m24的漏極、pmos管m21的源極、pmos管m22的源極共點(diǎn)；pmos管m20的柵極與pmos管m21的柵極共點(diǎn)，并與基準(zhǔn)電壓vref連接；pmos管m19的柵極與正相輸出端vo+相連；pmos管m22的柵極與反相輸出端vo-相連；pmos管m20的漏極、pmos管m21的漏極、nmos管m25的漏極、nmos管m25的柵極共點(diǎn)；pmos管m19的漏極、pmos管m22的漏極、nmos管m26的漏極、nmos管m26的柵極共點(diǎn)；nmos管m25的源極與nmos管m26的源極共點(diǎn)，并與地線vss連接。

在本發(fā)明實(shí)施例中，兩個(gè)電容可以是電容器件，也可以是用作電容的mos管。兩個(gè)電阻可以是電阻器件，也可以是用作電阻的mos管。

本發(fā)明不使用輸入耦合電容，消除了其失配帶來的影響，提高了放大器的共模抑制比；采用全差分結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了共模抑制比；電路支路較少，實(shí)現(xiàn)了低功耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種基于電流反饋的cmos儀表放大器電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于電流反饋的cmos儀表放大器電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供的cmos儀表放大器通過電流反饋的方式，使放大器的增益由電阻之比決定；舍棄了電容耦合的結(jié)構(gòu)，消除了輸入電容失配的影響，大大提高了放大器的共模抑制比。去除輸入電容帶來的直流信號抑制的問題，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)通過增加單獨(dú)的反饋環(huán)路來解決。

本發(fā)明提供的cmos儀表放大器可應(yīng)用于生物電等微弱信號的采集，包括：6個(gè)pmos管、4個(gè)nmos管，以及兩個(gè)電容、兩個(gè)電阻、6個(gè)電流源組成；其中：輸入信號vi+和vi-分別與pmos管m1的柵極和pmos管m6的柵極相連；pmos管m7的源極、pmos管m8的源極、pmos管m9的源極、pmos管m10的源極共點(diǎn)，均連接電源vdd；pmos管m7的柵極、pmos管m8的柵極、pmos管m8的漏極、nmos管m4的漏極共點(diǎn)；pmos管m10的柵極、pmos管m9的柵極、pmos管m9的漏極、nmos管m3的漏極共點(diǎn)；電阻r1的一端與pmos管m7的漏極相連，pmos管m7的漏極與pmos管m1的源極共點(diǎn)；電阻r1的另一端與pmos管m10的漏極相連，pmos管m10的漏極與pmos管m6的源極共點(diǎn)；pmos管m1的漏極與nmos管m2的源極共點(diǎn)，并與電流源i1的一端相連；電流源i1的另一端連接地線vss，其電流方向?yàn)橛蓀mos管m1的漏極流向vss；pmos管m6的漏極與nmos管m5的源極共點(diǎn)，并與電流源i4的一端相連；電流源i4的另一端連接地線vss，其電流方向?yàn)橛蓀mos管m6的漏極流向vss；nmos管m2的柵極、nmos管m5的柵極與偏置電壓輸入端vc相連；nmos管m2的漏極、電容cc1的一端、nmos管m3的柵極共點(diǎn)，并與電流源ic1的一端相連；電容cc1的另一端連接地線vss；電流源ic1的另一端與電源vdd相連，其電流方向?yàn)橛蓈dd流向nmos管m2的漏極；nmos管m5的漏極、電容cc2的一端、nmos管m4的柵極共點(diǎn)，并與電流源ic2的一端相連；電容cc2的另一端連接地線vss；電流源ic2的另一端與電源vdd相連，其電流方向?yàn)橛蓈dd流向nmos管m5的漏極；nmos管m2的柵極與nmos管m5的柵極共點(diǎn)；電阻r2的一端、nmos管m3的源極、電流源i2的一端共點(diǎn)；電阻r2的另一端、nmos管m4的源極、電流源i3的一端共點(diǎn)；電流源i2的另一端連接地線vss，其電流方向?yàn)橛蒼mos管m3的源極流向vss；電流源i3的另一端連接地線vss，其電流方向?yàn)橛蒼mos管m4的源極流向vss。電流源ic1與電流源ic2的電流大小相同；電流源i1與電流源i4的電流大小相同；電流源i2與電流源i3的電流大小相同。除pmos管m1的襯底、pmos管m6的襯底接其自身源極外，其余所有pmos管襯底均接電源vdd；所有nmos管襯底均接地。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；其中pmos管m7、pmos管m8、pmos管m9、pmos管m10尺寸相同；pmos管m1、pmos管m6尺寸相同；nmos管m2、nmos管m5尺寸相同；nmos管m3、nmos管m4尺寸相同；電容cc1＝cc2；電流源i1＝i4，ic1＝ic2，i2＝i3＝i1-ic1＝i4-ic2。

沒有交流信號輸入時(shí)，從pmos管m1源極流向pmos管m6源極的流經(jīng)電阻r1的電流信號ir1＝0；pmos管m7的漏源電流ids7、電流源ic1、電流源i1滿足關(guān)系ids7+ic1＝i1，那么ids7＝i3；mos管m10的漏源電流ids10、電流源ic2、電流源i4滿足關(guān)系ids10+ic2＝i4，那么ids10＝i2。pmos管m7、pmos管m8構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)，pmos管m9、pmos管m10構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)，因此pmos管m7的漏源電流ids7、pmos管m8的漏源電流ids8相等，即ids8＝ids7＝i3，pmos管m9的漏源電流ids9、pmos管m10的漏源電流ids10相等，即ids9＝ids10＝i2；ids8、nmos管m4的漏源電流ids4、電流源i3滿足關(guān)系ids4＝ids8＝i3，ids9、nmos管m3的漏源電流ids3、電流源i2滿足關(guān)系ids3＝ids9＝i2，所以此時(shí)從nmos管m4源極流向nmos管m3源極的流經(jīng)電阻r2的電流為0。

有交流信號輸入時(shí)，輸入級pmos管m1、m6是源跟隨結(jié)構(gòu)，可以將輸入的差分電壓信號轉(zhuǎn)化為流經(jīng)r1的電流信號，即ir1＝(vi+-vi-)/r1；此時(shí)電路中的電流關(guān)系為ic1+ids7-ir1＝i1，ic2+ids10+ir1＝i4。那么此時(shí)ids8＝ids7＝i1-ic1+ir1＝i3+ir1，ids9＝ids10＝i4-ic2-ir1＝i2-ir1。因?yàn)橛衖ds3＝ids9，ids4＝ids8，由基爾霍夫電流定律可知，流經(jīng)電阻r2的電流等于ir1，即ir1＝ir2。那么可以得出icfia的增益為av＝(vo+-vo-)/(vi+-vi-)＝ir1r2/ir1r1＝r2/r1。

電路的主極點(diǎn)為：其中，ro1和ro2分別為m1和m2的漏源電阻，ri1和ric1分別為電流源i1和ic1的阻抗。

圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。

在本實(shí)施例中，通過pmos管m11實(shí)現(xiàn)電流源ic1，pmos管m12實(shí)現(xiàn)電流源ic2；通過nmos管m13、nmos管m14實(shí)現(xiàn)電流源i1，通過nmos管m17、nmos管m18實(shí)現(xiàn)電流源i4；通過nmos管m15實(shí)現(xiàn)電流源i2，通過nmos管m16實(shí)現(xiàn)電流源i3。

pmos管m19、pmos管m20、pmos管m21、pmos管m22、pmos管m23、pmos管m24、nmos管m25、nmos管m26構(gòu)成共模反饋電路，并通過控制nmos管m14、nmos管m17的柵極電壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定放大器的共模輸出電壓。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。