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【 中文摘要 】本发明提供了一种消除生物信号采集芯片中PAD寄生电容的自校准电路,包括:在校准模式下,校准模块输出校准信号至放大模块;放大模块在正反馈电容阵列的反馈下对校准信号放大传输至检测控制模块;检测控制模块检测输出信号的状态,并根据状态控制正反馈电容阵列,使电路处于稳定边界状态,并确定该状态下的电容值;在放大模式下,该正反馈电容阵列连接到电路,对输入信号放大的同时消除了输入节点的寄生电容,提升输入阻抗。本发明在校准模式下引入了斩波技术,稳定了输出共模电压,缩短了校准周期。引入T型网络电容阵列,提高了校准精度。本发明可以快速、高精度地消除生物信号采集芯片中PAD引入的寄生电容,从而提升输入阻抗。
【 英文摘要 】The invention provides a self-calibration circuit for eliminating PAD parasitic capacitance in a biological signal acquisition chip, which includes : in a calibration mode, a calibration module outputs a calibration signal to an amplification module; the amplification module amplifies the calibration signal under the feedback of the positive feedback capacitor array and transmits it to the detection control module; the detection control module detects the state of the output signal, and controls the positive feedback capacitor array according to the state, so that the circuit is in a stable boundary state, and determines the capacitance value in this state; in the amplification mode, the positive feedback capacitor array is connected to the circuit, which amplifies the input signal while eliminating the parasitic capacitance of the input node and improving the input impedance. The invention introduces chopping technology in calibration mode, stabilizes the output common mode voltage and shortens the calibration cycle The introduction of T-network capacitor array improves the calibration accuracy. The invention can quickly and accurately eliminate the parasitic capacitance introduced by the PAD in the biological signal acquisition chip, thereby improving the input impedance.
方法过程 | 消除方法 | 消除 |
元器件 | 其它元器件 | 焊盘寄生电容;生物信号采集芯片;生物电信号采集芯片 |
电路 | 自校准电路 |
技术功效句 | 适用于高增益电容耦合放大器的输入阻抗提升; 稳定了输出共模电压; 提高了校准精度; 缩短了校准周期; 本发明提供了一种消除生物信号采集芯片中PAD寄生电容的自校准电路; 减少了校准时间; 因此可以快速、高精度地消除PAD引入的寄生电容; 使电路处于稳定边界状态; 降低了正反馈电容的等效容值; 对输入信号作放大同时提升输入阻抗 |
技术功效短语 | 适用于高; 稳定; 提高校准精度; 缩短校准周期; 消除寄生电容; 增益电容; 减少校准时间; 消除引入寄生电容; 稳定边界; 降低等效容值; 输入提升; 耦合输入提升 |
技术功效1级 | 适合性; 稳定性; 精度; 长度; 电容; 增益; 时间; 容值; 输入; 耦合 |
技术功效2级 | 适合性提高; 稳定性提高; 精度提高; 长度降低; 电容避免; 增益; 时间降低; 容值降低; 输入提高; 耦合提高 |
技术功效3级 | 适合性提高; 稳定性提高; 校准精度提高; 校准周期长度降低; 寄生电容避免; 电容增益; 校准时间降低; 引入寄生电容避免; 边界稳定性提高; 等效容值降低; 输入提高; 输入耦合提高 |
技术功效TRIZ参数 | 35-适应性、通用性;13-稳定性;28-测量精度;03-长度;15-时间; |
主分类号 |
|
IPC分类号 | |
CPC分类号 | H03M1/1009; H03M1/38; |
2024-05-28
申请日
CN202410673405.5(当前专利)
申请号
2024-08-02
首次公开日
CN118432614A(当前专利)
首次公开号
2044-05-28
预估到期日
计算因素
代理机构 | 西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙) 61230 |
代理人 | 王海栋 |
申请语言 | 汉语 |
1.一种消除生物信号采集芯片中PAD寄生电容的自校准电路,其特征在于,包括:放大器电路、校准模块、检测控制模块和正反馈电容阵列;所述放大器电路包括输入模块和放大模块;
在校准模式下,所述校准模块输出校准信号至所述放大模块;所述放大模块在所述正反馈电容阵列的反馈下对所述校准信号放大得到输出信号,并将所述输出信号传输至所述检测控制模块;所述检测控制模块检测所述输出信号的状态,并通过逐次增加所述正反馈电容阵列的容值的方式,检测所述放大器电路是否位于震荡临界点,并确定在震荡临界点时所述正反馈电容阵列的临界点容值;
在放大模式下,所述放大器电路在设置容值为临界点容值的正反馈电容阵列反馈下,对输入信号作放大并提升输入阻抗。
2.根据权利要求1所述的消除生物信号采集芯片中PAD寄生电容的自校准电路,其特征在于,在校准模式下:
所述正反馈电容阵列按照上一个周期的容值设置;
所述校准模块输出当前周期的校准信号至所述放大模块;
所述放大模块在正反馈电容阵列在当前周期的反馈下,对所述当前周期的校准信号放大得到当前周期的输出信号,并将所述当前周期的输出信号传输至所述检测控制模块;
所述检测控制模块通过检测所述当前周期的输出信号的输出状态,确认所述放大器电路是否位于震荡临界点,如果否,则产生当前周期的控制信号增加所述正反馈电容阵列的容值,如果是,则产生当前周期的控制信号减少所述正反馈电容阵列的容值,得到正反馈电容阵列在当前周期的容值。
3.根据权利要求1所述的消除生物信号采集芯片中PAD寄生电容的自校准电路,其特征在于,所述校准模块包括校准信号产生模块和校准子电路,所述校准子电路包括:斩波开关:CH1,开关:S11、S12、S13、S14、S23、S24,电容:Cpd3、Cpd4、C11、C12;
其中,所述校准信号产生模块的输出连接至CH1,CH1输出分别连接至S11和S12的第一端,S11的第二端连接至C11和S23的第一端,S23的第二端接地,C11的第二端连接至输入模块的第一输出端和S13的第一端;S12的第二端连接至C12和S24的第一端,S24的第二端接地,C12的第二端连接至输入模块的第一输出端和S14的第一端;S13的第二端连接Cpd3的第一端,Cpd3的第二端接地;S14的第二端连接Cpd4的第一端,Cpd4的第二端接地。
4.根据权利要求1所述的消除生物信号采集芯片中PAD寄生电容的自校准电路,其特征在于,正反馈电容阵列包括:两个高n位电容阵列、一个低m位T型网络电容阵列、正反馈电容:Cpf_fix1和Cpf_fix2,斩波开关:CH3;两个高n位电容阵列分别为第一高n位电容阵列和第二高n位电容阵列;
其中,第一高n位电容阵列的第一端连接至所述低m位T型网络电容阵列的第一输入端,第二高n位电容阵列的第一端连接至所述低m位T型网络电容阵列的第二输入端;第一高n位电容阵列的第二端连接至所述低m位T型网络电容阵列的第一输出端,第二高n位电容阵列的第二端连接至所述低m位T型网络电容阵列的第二输出端;Cpf_fix1的第一端连接第一高n位电容阵列的第一端,Cpf_fix1的第二端连接第一高n位电容阵列的第二端;Cpf_fix2的第一端连接第二高n位电容阵列的第一端,Cpf_fix2的第二端连接第二高n位电容阵列的第二端;第一高n位电容阵列的第二端和第二高n位电容阵列的第二端连接至CH3的第一端,CH3的第二端连接至所述放大模块的输出端;第一高n位电容阵列的第一端连接至所述放大模块的正输入端,第二高n位电容阵列的第一端连接至所述放大模块的负输入端。
5.根据权利要求4所述的消除生物信号采集芯片中PAD寄生电容的自校准电路,其特征在于,第一高n位电容阵列和第二高n位电容阵列均包括n路第一目标通道,每一路的第一目标通道均由电容和两个开关组成,电容连接在两个开关之间,开关中同侧未与电容连接的一端为高n位电容阵列的输入端或输出端,每一路的第一目标通道中的电容值以2的幂数依次递增;第1路的第一目标通道中的电容值为C;
所述低m位T型网络电容阵列包括:第一子阵列和第二子阵列,所述第一子阵列和第二子阵列结构相同,均包括并行的m路第二目标通道;每一路的目标通道由2个电容和2个开关组成,在第一子阵列和第二子阵列中,序号相同的第二目标通道的两个电容的第一端连接有一个目标电容;第m路之间的目标电容与第m路的第二目标通道中的两个电容等效出的容值为m取值是正整数;第m‑1路之间的目标电容与第m‑1路的第二目标通道中的两个电容等效出的容值为
每1路目第二目标通道中两个电容的第一端连接,第二端连接一个开关,每个开关的第二端与同侧的开关的第二端连接;在第一子阵列和第二子阵列中,序号相同的第二目标通道的两个电容的第一端连接有一个目标电容;第一子阵列中第一开关的第二端为第一高n位电容阵列的第一输入端(IN1),第二子阵列中第一开关的第二端为第二高n位电容阵列的第一输入端(IN2);第一子阵列中第二开关的第二端为第一高n位电容阵列的第一输出端(OUT1),第二子阵列中第二开关的第二端为第二高n位电容阵列的第二输出端(OUT2);
第一高n位电容阵列的第一端连接至第一子阵列中第一开关的第二端,第二高n位电容阵列的第一端连接至第二子阵列中第一开关的第二端;第一高n位电容阵列的第二端连接至第一子阵列中第二开关的第二端,第二高n位电容阵列的第二端连接至第二子阵列中第二开关的第二端。
6.根据权利要求1所述的消除生物信号采集芯片中PAD寄生电容的自校准电路,其特征在于,所述检测控制模块包括一个状态检测模块和一个SAR逻辑模块,所述状态检测模块包括比较器:COMP1和COMP2,开关:S31、S32、S41、S42、S5,电容CM1、CM2;
其中,S31的第一端输入第一输出信号(Voutn);COMP1的正输入端连接S31的第一端和CM1的第一端;S32的第一端输入第二输出信号(Voutp),S32的第二端连接COMP1的负输入端和CM1的第二端;COMP2的正输入端输入VCM信号;S41的第一端输入第一输出信号(Voutn),S41的第二端连接CM2的第一端和COMP2的负输入端,S42的第一端输入第二输出信号(Voutp),S42的第二端连接CM2的第二端和S5的第一端,S5的第二端接入VCM信号;COMP1和COMP2的输出端均连接至与非门的输入端,与非门的输出端输出COMP信号至所述SAR逻辑模块的输入端。
7.根据权利要求1所述的消除生物信号采集芯片中PAD寄生电容的自校准电路,其特征在于,所述输入模块包括电容:Cpad1、Cpad2;开关:S21、S22;Cpad1的第一端接入第一输入信号(Vip),Cpad1的第二端连接S21的第一端,S21的第二端是输入模块的第一输出端;
Cpad2的第一端接入第二输入信号(Vin),Cpad2的第二端连接S22的第一端,S22的第二端是输入模块的第二输出端。
8.根据权利要求1所述的消除生物信号采集芯片中PAD寄生电容的自校准电路,其特征在于,所述放大模块包括电容:Cin1、Cin2、Cfb1、Cfb2,开关:RST1、RST2,放大器:AMP,电阻:
Rcm1、Rcm2,斩波开关:CH2、CH4;
其中,Cin1的第一端为所述放大模块的第一输入端,Cin1的第二端、RST1的第一端、Rcm2的第一端和Cfb1的第一端连接AMP的正输入端;Cin2的第一端为所述放大模块的第二输入端,Cin2的第二端、RST1的第二端、Rcm1的第一端和Cfb2的第一端连接AMP的负输入端;
Cfb1的第二端和Cfb2的第二端连接CH4的两个第一端,CH4的两个第二端一个连接至RST2的第一端和CH2的第一端,一个连接至RST2的第二端和CH2的第二端;Rcm2的第二端连接至CH2的一个第二端,Rcm1的第二端连接至CH2的另一个第二端;RST2的第一端为所述放大模块的第一输出端,用于输出第一输出信号(Voutn);RST2的第二端为所述放大模块的第二输出端,用于输出第二输出信号(Voutp)。
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