طراحی و بهینه سازی تقویت کننده الکتروکاردیوگرام کم مصرف مبتنی بر تکنیک های ترکیبی Self-Cascode، Bulk-Driven و فیدبک مثبت (PPF)

هر ثبت دقیق و قابل اطمینان سیگنال های زیستی به ویژه سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG)، در تجهیزات پزشکی پوشیدنی و قابل حمل، مستلزم استفاده از تقویت کننده هایی با بهره تفاضلی بالا، نویز ورودی بسیار کم، نسبت حذف مد مشترک (CMRR) زیاد و مصرف توان در مقیاس میکرووات است. تحقق همزمان این الزامات در فناوری های بالغ و کم هزینه ای نظیر CMOS با طول کانال ۳۵۰ نانومتر به دلیل غالب بودن نویز فلیکر، اثرات کانال کوتاه، تداخلات مد مشترک بالا در سیستم های دو الکترودی و مصالحه های ذاتی میان بهره، نویز و توان با چالش های اساسی همراه است. در این مقاله طراحی و پیاده سازی یک تقویت کننده تفاضلی دوگانه (DATA) کم مصرف با معماری casecode یکپارچه ارائه می شود که با هدف غلبه بر محدودیت های مذکور توسعه یافته است. ساختار پیشنهادی از ترکیب سه تکنیک مداری بهره می برد: استفاده از تکنیک Bulk در مرحله ورودی به منظور امکان عملکرد در ولتاژ تغذیه پایین، به کارگیری ساختار Self-Cascode برای کاهش اثرات کانال کوتاه و افزایش امپدانس خروجی و اعمال فیدبک مثبت جزئی (PPF) در بار فعال جهت جبران کاهش هدایت انتقالی و بهبود بهره بدون تضعیف پایداری مدار. شبیه سازی های پس از جانمایی انجام شده در محیط های Cadence Virtuoso و HSPICE با ولتاژ تغذیه ۱.۵ تا ۲ ولت و جریان بایاس ۳۳۶ نانوآمپر نشان می دهد که تقویت کننده پیشنهادی به بهره تفاضلی ۸۲ دسی بل، CMRR بیش از ۱۱۰ دسی بل و چگالی طیفی نویز ورودی معادل ۰.۲۴۹ تا ۰.۳۰۰ میکروولت بر ریشه هرتز در فرکانس ۱ هرتز دست می یابد. نتایج به دست آمده کارایی مناسب ساختار پیشنهادی را برای کاربردهای ECG کم مصرف در سیستم های زیست پزشکی پوشیدنی تایید می کند.

کلیدواژه ها:

تقویت کننده ، زیست پزشکی کم مصرف ، سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG) ، فناوری ۳۵۰ CMOS نانومتر ، تکنیک Bulk-Driven ، ساختار Self-Cascode ، نسبت حذف مد مشترک (CMRR)