全定制心电采集的模拟集成电路设计
硬件电路设计过程经验分享 (1)
献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝，离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候，与你一样，俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性，EMI，PS设计准会把你搞晕。别急，一切要慢慢来。 1)总体思路。 设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果，越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。 如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分，原理图，pcb，物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。
pcb涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁)，而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上，然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了pcb布局布线后，要用到哪些元器件应该有所归纳，所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Protel，也就是altimuml容易上手，在国内也比较流行，应付一般的工作已经足够，适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具，硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos，是post-command型的;而cadence的产品concept&allegro是pre-command型的，用惯了protel，突然转向cadence的工具，会不习惯就是这个原因)。设计大环节都要有1)原理图设计。2)pcb设计。3)制作BOM 表。现在简要谈一下设计流程(步骤)： 1)原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上，我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性，并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY)，周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单，而且因为用的人多，许多元件都能找到现成的库，这一点对使用者极为方便。应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin，analog pin，digital pin，power pin等区别。 2)有了充足的库之后，就可以在原理图上画图了，按照datasheet和系统设计的要
心电信号采集电路实验报告.doc
心电放大电路实验报告 一概述 心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。 普通心电图有一下几点用途 1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。 2、对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。 3、对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助。 4、能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌的作用。 5、心电图作为一种电信息的时间标志，常为心音图、超声心动图、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理研究同步描纪，以利于确定时间。 6、心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。 二系统设计 心电信号十分微弱，频率一般在0.5HZ-100HZ之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度大约在10uV-5mV之间，所需放大倍数大约为500-1000倍。而50hz工频信号，极化电压，高频电子仪器信号等等干扰要求心电信号在放大的过程中始终要做好噪声滤除的工作。下图为整体化框图。 三具体实现 电路图如下： 1 导联输入： 导联线又称输入电缆线。其作用是将电极板上获得的心电信号送到放大器的输入端。心脏
集成电路设计基础_期末考试题
集成电路设计基础 2010-11年第一学期试题 一、填空题（20分） 1、目前，国内已引进了12英寸0.09um 芯片生产线，由此工艺线生产出来的集成 电路特征尺寸是0.009um （大 小），指的是右图中的W （字 母）。 2、CMOS工艺可分为p阱、n阱、双阱 三种。 在CMOS工艺中，N阱里形成的晶体管是p （PMOS，NMOS）。 3、通常情况下，在IC中各晶体管之间是由场氧来隔离的；该区域的形成用到的制造工艺是氧化工艺。 4.集成电路制造过程中，把掩膜上的图形转换成晶圆上器件结构一道工序是指光 刻，包括晶圆涂光刻胶、曝光、显影、烘干四个步骤； 其中曝光方式包括①接触式、②非接触式两种。 5、阈值电压V T是指将栅极下面的si表面从P型Si变成N型Si所必要的电压，根据阈值电压的不同，常把MOS区间分成耗尽型、增强型两种。降低V T 的措施包括：降低杂质浓度、增大Cox 两种。 二、名词解释（每词4分，共20分） ①多项目晶圆（MPW） ②摩尔定律 ③掩膜 ④光刻
⑤外延 三、说明（每题5分共10分） ①说明版图与电路图的关系。 ②说明设计规则与工艺制造的关系。 四、简答与分析题（10分） 1、数字集成电路设计划分为三个综合阶段，高级综合,逻辑综合,物理综合；解释这 三个综合阶段的任务是什么？ 2、分析MOSFET尺寸能够缩小的原因。 五、综合题（共4小题，40分） 1、在版图的几何设计规则中，主要包括各层的最小宽度、层与层之间的最小间距、各 层之间的最小交叠。把下图中描述的与多晶硅层描述的有关规则进行分类： （2）属于层与层之间的最小间距的是: （3）属于各层之间的最小交叠是： 2．请提取出下图所代表的电路原理图。画出用MOSFET构成的电路。
模拟集成电路设计期末试卷
《模拟集成电路设计原理》期末考试 一．填空题（每空1分，共14分） 1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_ 较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来 表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输 出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制 沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容C in为__ C F（1－A）__。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 1、阱 解：在CMOS工艺中，PMOS管与NMOS管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，V GS=V TH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS 集成电路设计实习Integrated Circuits Design Labs I t t d Ci it D i L b 单元实验三（第二次课） 模拟电路单元实验－差分放大器版图设计 2007-2008 Institute of Microelectronics Peking University 实验内容、实验目的、时间安排 z实验内容： z完成差分放大器的版图 z完成验证：DRC、LVS、后仿真 z目的： z掌握模拟集成电路单元模块的版图设计方法 z时间安排： z一次课完成差分放大器的版图与验证 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page1 实验步骤 1.完成上节课设计放大器对应的版图 对版图进行、检查 2.DRC LVS 3.创建后仿真电路 44.后仿真（进度慢的同学可只选做部分分析） z DC分析：直流功耗等 z AC分析：增益、GBW、PM z Tran分析：建立时间、瞬态功耗等 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page2 Display Option z Layout->Options ->Display z请按左图操作 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page3 由Schematic创建Layout z Schematic->Tools->Design Synthesis->Layout XL->弹出窗口 ->Create New->OK >选择Create New>OK z Virtuoso XL->Design->Gen From Source->弹出窗口 z选择所有Pin z设置Pin的Layer z Update Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page4 硬件电子电路基础 第一章半导体器件 §1-1 半导体基础知识 一、什么是半导体 半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）（如：硅Si 锗Ge等＋4价元素以及化合物） 二、半导体的导电特性 本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。（略） 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂──管子 ?温度──热敏元件 ?光照──光敏元件等 2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 ?自由电子──受束缚的电子（－） ?空穴──电子跳走以后留下的坑（＋） 三、杂质半导体──N型、P型 （前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。 ?N型半导体（自由电子多） 掺杂为＋5价元素。如：磷；砷P──＋5价使自由电子大大增加原理：Si──＋4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o空穴──少子 o自由电子──多子 ?P型半导体（空穴多） 掺杂为＋3价元素。如：硼；铝使空穴大大增加 原理：Si──＋4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──＋3价 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由B提供的空穴──数量多。 o空穴──多子 o自由电子──少子 结论：N型半导体中的多数载流子为自由电子； P型半导体中的多数载流子为空穴。 §1-2 PN结 一、PN结的基本原理 1、什么是PN结 将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时，交界面两侧的那部分区域。 2、PN结的结构 分界面上的情况： P区：空穴多 N区：自由电子多 扩散运动： 多的往少的那去，并被复合掉。留下了正、负离子。 （正、负离子不能移动） 留下了一个正、负离子区──耗尽区。 由正、负离子区形成了一个内建电场（即势垒高度）。 方向：N--> P 大小：与材料和温度有关。（很小，约零点几伏） 实验报告 课程名称：集成电路原理 实验名称： CMOS模拟集成电路设计与仿真 小组成员： 实验地点：科技实验大楼606 实验时间： 2017年6月12日 2017年6月12日 微电子与固体电子学院 一、实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真 二、实验学时：4 三、实验原理 1、转换速率（SR）：也称压摆率，单位是V/μs。运放接成闭环条件下，将一个阶跃信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。 2、开环增益：当放大器中没有加入负反馈电路时的放大增益称为开环增益。 3、增益带宽积：放大器带宽和带宽增益的乘积，即运放增益下降为1时所对应的频率。 4、相位裕度：使得增益降为1时对应的频率点的相位与-180相位的差值。 5、输入共模范围：在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。 6、输出电压摆幅：一般指输出电压最大值和最小值的差。 图 1两级共源CMOS运放电路图 实验所用原理图如图1所示。图中有多个电流镜结构，M1、M2构成源耦合对，做差分输入；M3、M4构成电流镜做M1、M2的有源负载；M5、M8构成电流镜提供恒流源；M8、M9为偏置电路提供偏置。M6、M7为二级放大电路，Cc为引入的米勒补偿电容。 其中主要技术指标与电路的电气参数及几何尺寸的关系： 转换速率：SR=I5 I I 第一级增益：I I1=?I I2 I II2+I II4=?2I I1 I5(I2+I3) 第二级增益：I I2=?I I6 I II6+I II7=?2I I6 I6(I6+I7) 单位增益带宽：GB=I I2 I I 输出级极点：I2=?I I6 I I 零点：I1=I I6 I I 正CMR：I II,III=I II?√5 I3 ?|I II3|(III)+I II1,III 负CMR：I II,III=√I5 I1+I II5,饱和 +I II1,III+I II 饱和电压：I II,饱和=√2I II I 功耗：I IIII=(I8+I5+I7)(I II+I II) 四、实验目的 本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理与设计》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。其目的在于： 根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路设计，掌握基本的IC设计技巧。 学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行电路的模拟仿真。 五、实验内容 1、根据设计指标要求，针对CMOS两级共源运放结构，分析计算各器件尺寸。 2、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC和瞬态Trans分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法与仿真结果的查看方法。 3、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。 1.1电路硬件设计基础 1.1.1电路设计 硬件电路设计原理 嵌入式系统的硬件设计主要分3个步骤：设计电路原理图、生成网络表、设计印制电路板，如下图所示。 图1-1硬件设计的3个步骤 进行硬件设计开发，首先要进行原理图设计，需要将一个个元器件按一定的逻辑关系连接起来。设计一个原理图的元件来源是“原理图库”，除了元件库外还可以由用户自己增加建立新的元件，用户可以用这些元件来实现所要设计产品的逻辑功能。例如利用Protel 中的画线、总线等工具，将电路中具有电气意义的导线、符号和标识根据设计要求连接起来，构成一个完整的原理图。 原理图设计完成后要进行网络表输出。网络表是电路原理设计和印制电路板设计中的一个桥梁，它是设计工具软件自动布线的灵魂，可以从原理图中生成，也可以从印制电路板图中提取。常见的原理图输入工具都具有Verilog/VHDL网络表生成功能，这些网络表包含所有的元件及元件之间的网络连接关系。 原理图设计完成后就可进行印制电路板设计。进行印制电路板设计时，可以利用Protel 提供的包括自动布线、各种设计规则的确定、叠层的设计、布线方式的设计、信号完整性设计等强大的布线功能，完成复杂的印制电路板设计，达到系统的准确性、功能性、可靠性设计。 电路设计方法(有效步骤) 电路原理图设计不仅是整个电路设计的第一步，也是电路设计的基础。由于以后的设计工作都是以此为基础，因此电路原理图的好坏直接影响到以后的设计工作。电路原理图的具体设计步骤，如图所示。 图1-2原理图设计流程图 （1）建立元件库中没有的库元件 元件库中保存的元件只有常用元件。设计者在设计时首先碰到的问题往往就是库中没有原理图中的部分元件。这时设计者只有利用设计软件提供的元件编辑功能建立新的库元件，然后才能进行原理图设计。 当采用片上系统的设计方法时，系统电路是针对封装的引脚关系图，与传统的设计方法中采用逻辑关系的库元件不同。 （2）设置图纸属性 设计者根据实际电路的复杂程度设置图纸大小和类型。图纸属性的设置过程实际上是建立设计平台的过程。设计者只有设置好这个工作平台，才能够在上面设计符合要求的电路图。 （3）放置元件 在这个阶段，设计者根据原理图的需要，将元件从元件库中取出放置到图纸上，并根据原理图的需要进行调整，修改位置，对元件的编号、封装进行设置等，为下一步的工作打下基础。 （4）原理图布线 在这个阶段，设计者根据原理图的需要，利用设计软件提供的各种工具和指令进行布线，将工作平面上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。 （5）检查与校对 在该阶段，设计者利用设计软件提供的各种检测功能对所绘制的原理图进行检查与校对，以保证原理图符合电气规则，同时还应力求做到布局美观。这个过程包括校对元件、导线位置调整以及更改元件的属性等。 （6）电路分析与仿真 这一步，设计者利用原理图仿真软件或设计软件提供的强大的电路仿真功能，对原理图的性能指标进行仿真，使设计者在原理图中就能对自己设计的电路性能指标进行观察、测试，从而避免前期问题后移，造成不必要的返工。 微弱信号检测课题报告 心电信号采集 —噪声分析及抑制 指导老师：宋俊磊 院系：机电学院测控系 班级： 学号： 姓名： 【目录】 【摘要】 (3) 第一章 (4) 1.1人体生物信息的基本特点[1} (4) 1.2 体表心电图及心电信号的特征分析[4] (5) 1.3心电信号的噪声来源[7] (6) 1.4 心电电极和导联体系分析 (7) 1.4.1系统电极选择[8] (7) 第二章硬件电路设计 (8) 2.1 心电信号采集电路的设计要求 (8) 2.2 心电采集电路总体框架 (9) 2.3采集电路模块 (11) 2.4 AD620引入的误差 (11) 2.4.1 电子元件内部噪声 (11) 2.4.2集成运放的噪声模型： (13) 2.4.3 AD620的噪声计算 (14) 2.4.4 前置放大电路改进措施 (15) 2.5 滤波电路设计 (18) 2.6电平抬升电路[14] (21) 2.7心电信号的50Hz带阻滤波器（50Hz陷波）设计[15] (21) 结论 (23) 附录：参考文献 (24) 【摘要】 心脏是人体循环系统的核心，心脏的活动是由生物电信号引发的机械收缩。在人体这个三维空间导体当中，这种生物电信号可以波及人体各个部分，在人体体表产生规律性的电位变化。在人体体表的一定位置安放电极，按时间顺序放大并记录这种电信号，可以得到连续有序的曲线，这就是心电图。 针对心电信号的特点进行心电信号的采集、数据转换模块的设计与开发。设计一种用于心电信号采集的电路，然后进行A/D转换，使得心电信号的频率达到采样要求。人体的心电信号是一种低频率的微弱信号，由于心电信号直接取自人体，所以在心电采集的过程中不可避免会混入各种干扰信号。为获得含有较小噪声的心电信号，需要对采集到的心电信号做降噪处理。运用一个心电信号检测放大电路，充分考虑了人体心电信号的特点，采用前置差动放大+带通滤波器+50Hz陷波器(带阻滤波器)组成的模式，对心电信号进行测量。 关键词：心电信号采集，降噪，A/D转换放大，噪声分析 《模拟集成电路设计》复习 答疑安排： 第13周星期二（5月29日），上午9:00-11:30，下午14:30-17:00，工三310 考试题型： 七道大题：第2章一题，第3、4章各两题，第5章一题，第6、7章共一题 考试注意事项： 所有题目采用课本P32表2.1的数据，V DD=3V，C OX=3.84 10-7F/cm2，忽略漏/源横向扩散长度L D。试题会给出所需参数值。 时刻区分大信号、小信号。 时刻注意是否考虑二级效应。 题目有“推导”两字时，需给出求解过程。 必考：画小信号等效电路 复习题 例2.2补充问题：（1）分析MOS工作区间变化情况；（2）画出I D-V DS 曲线；（3）推导线性区跨导表达式。 习题2.2注意：跨导的单位。 习题2.3补充问题：给定参数值，计算本征增益的数值。注意：画曲线时需考虑λ与L的关系。 例3.5 补充问题：画出图3.21(b)电路的小信号等效电路，推导增益表达式。 习题3.2问题（b）删去。补充问题：求R out。 习题3.12解题思路：I1→V out→V GS2→(W/L)2→A v 习题3.14 输出摆幅=V DD-V OD1-|V OD2|。 解题思路：A v，R out→g m1→(W/L)1→V OD1→|V OD2|→(W/L)2 第4章课件第49页的题目差模增益-g m1(r o1||r o3)，共模增益0，共模抑制比+∞ 例4.6 习题4.18 只要求图4.38(a)-(d)。补充问题：画出半边电路。注意：画半边电路时去掉电流源M5。 习题4.25 计算过驱动电压V OD时忽略沟道长度调制效应。注意双端输出摆幅为单端时的2倍。 习题5.1问题（e）删去。问题（c）和（d）有简单的计算方法。 习题5.5问题（b）（c）删去。λ=0。 例6.4补充问题：画出低频小信号等效电路，推导低频小信号增益；写出C D、C S分别包含哪些MOS电容。 习题6.9 只要求图6.39(a)(b)(c)。 例7.11只计算热输入参考噪声电压。 习题7.11补充问题：推导小信号增益。 模拟cmos集成电路设计实验 实验要求： 设计一个单级放大器和一个两级运算放大器。单级放大器设计在课堂检查，两级运算放大器设计需要于学期结束前，提交一份实验报告。实验报告包括以下几部分内容： 1、电路结构分析及公式推导 （例如如何根据指标确定端口电压及宽长比） 2、电路设计步骤 3、仿真测试图 （需包含瞬态、直流和交流仿真图） 4、给出每个MOS管的宽长比 （做成表格形式，并在旁边附上电路图，与电路图一一对应） 5、实验心得和小结 单级放大器设计指标 两级放大器设计指标 实验操作步骤： a.安装Xmanager b.打开Xmanager中的Xstart c.在Xstart中输入服务器地址、账号和密码 Host：202.38.81.119 Protocol: SSH Username/password: 学号（大写）/ 学号@567& （大写）Command : Linux type 2 然后点击run运行。会弹出xterm窗口。 修改密码 输入passwd，先输入当前密码，然后再输入两遍新密码。 注意密码不会显示出来。 d.设置服务器节点 用浏览器登陆http://202.38.81.119/ganglia/,查看机器负载情况，尽量选择负载轻的机器登陆，（注：mgt和rack01不要选取） 选择节点，在xterm中输入 ssh –X c01n?? (X为大写，??为节点名) 如选择13号节点，则输入ssh –X c01n13 e.文件夹管理 通常在主目录中，不同工艺库建立相应的文件夹，便于管理。本实验采用SMIC40nm工艺，所以在主目录新建SMIC40文件夹。 在xterm中，输入mkdir SMIC40 然后进入新建的SMIC40文件夹， 在xterm中，输入cd SMIC40. 医学仪器与设备课程设计题目：心电信号采集模块的设计 院系：电气工程学院 专业：生物医学工程 姓名： 学号： 指导老师：戴启军 时间：2008年12月29日——2009年1月6日 心电信号采集电路的设计 一、系统概述 心电信号采集模块组成：心电电极；导联线；缓冲放大器；威尔逊电阻网络；差动放大；低通滤波器；高通滤波器；50Hz陷波器；光电隔离器；增益可调电路；调零电路 (1)心电电极 生物电引导电极实际完成人体和测量系统之间的界面作用。为了把生物电信号引入信号处理模块中，引导电极必须具备电流的传导能力。在人体内，电流靠离子导电，而在测试系统内是电子导电。通过引导电极，把离子电流变为电子电流，所以电极实际上起了一个换能器的作用。提取心电信号，采用的是皮肤表面电极（体表电极）。 (2)导联线 此设计中心电采集模块由4个电极组成导联线，包括三个肢体电极和一个右腿接地（右腿驱动）电极。电极获取的心电信号仅为毫伏级，所以导联线均用屏蔽线。 导联线的芯线和屏蔽线之间有分布电容存在（约100pF/m），为了减少电磁感应引起的干扰，屏蔽线可直接接地，但这样会降低输入阻抗。也可以采用屏蔽驱动，这样可减少共模误差和不降低输入阻抗。 (3)缓冲放大器 缓冲放大器保证心电放大器的高输入阻抗要求，起到阻抗变换作用。生物信号源本身是高内阻的微弱信号源，通过电极提取又呈现出不稳定的高内阻源性质。不稳定性将使放大器电压增益不稳定。放大器的输入阻抗应至少大于1MΩ。 (4)威尔逊电阻网络 威尔逊电阻网络是按照标准十二导联心电图定义组成的电阻网络。 (5)差动放大 差动放大是心电前置放大的主要部分，和缓冲放大器一起组成心电图前置放大。差动放大的作用是将幅度仅为毫伏级的微弱心电信号进行放大。同时必须有高抗干扰能力，即具有高共模抑制比。 (6)低通滤波器 心电信号的高频响应界限为100Hz，由100Hz低通滤波器完成。 (7)高通滤波器 心电信号的低频响应界限为0.05Hz，由0.05Hz高通滤波器完成。 (8)50Hz陷波器 50Hz陷波器用于加强滤除50Hz干扰。有的心电图机还设有40Hz低通滤波器用于滤除肌电干扰。 硬件电子电路基础关于本课程 § 4—2乙类功率放大电路 § 4—3丙类功率放大电路 § 4—4丙类谐振倍频电路 第五章正弦波振荡器 § 5—1反馈型正弦波振荡器的工作原理 § 5— 2 LC正弦波振荡电路 § 5— 3 LC振荡器的频率稳定度 § 5—4石英晶体振荡器 § 5— 5 RC正弦波振荡器 第一章半导体器件 §1半导体基础知识 §1PN 结 §-1二极管 §1晶体三极管 §1场效应管 §1半导体基础知识 、什么是半导体半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）（如：硅Si锗Ge等+ 4价元素以及化合物） 、半导体的导电特性本征半导体一一纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。（略） 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂一一管子 *温度--- 热敏元件 ?光照——光敏元件等 2、半导体中的两种载流子一一自由电子和空穴 ?自由电子——受束缚的电子（一） ?空穴——电子跳走以后留下的坑（+ ） 三、杂质半导体——N型、P型 （前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。 *N型半导体（自由电子多） 掺杂为+ 5价元素。女口：磷；砷P—+ 5价使自由电子大大增加原理：Si—+ 4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子——数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子——数量多。 o 空穴——少子 o 自由电子------ 多子 ?P型半导体（空穴多） 掺杂为+ 3价元素。女口：硼；铝使空穴大大增加 原理：Si—+ 4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B——+ 3价 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子数量少。 o掺杂后由B提供的空穴——数量多。 o 空穴——多子 o 自由电子——少子 北京邮电大学 实验报告 实验题目：cmos模拟集成电路实验 姓名：何明枢 班级：2013211207 班内序号：19 学号：2013211007 指导老师：韩可 日期：2016 年 1 月16 日星期六 目录 实验一:共源级放大器性能分析 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验内容 (1) 三、实验结果 (1) 四、实验结果分析 (3) 实验二:差分放大器设计 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验要求 (4) 三、实验原理 (4) 四、实验结果 (5) 五、思考题 (6) 实验三：电流源负载差分放大器设计 (7) 一、实验目的 (7) 二、实验内容 (7) 三、差分放大器的设计方法 (7) 四、实验原理 (7) 五、实验结果 (9) 六、实验分析 (10) 实验五：共源共栅电流镜设计 (11) 一、实验目的 (11) 二、实验题目及要求 (11) 三、实验内容 (11) 四、实验原理 (11) 五、实验结果 (14) 六、电路工作状态分析 (15) 实验六：两级运算放大器设计 (17) 一、实验目的 (17) 二、实验要求 (17) 三、实验内容 (17) 四、实验原理 (21) 五、实验结果 (23) 六、思考题 (24) 七、实验结果分析 (24) 实验总结与体会 (26) 一、实验中遇到的的问题 (26) 二、实验体会 (26) 三、对课程的一些建议 (27) 实验一:共源级放大器性能分析 一、实验目的 1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法； 2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真； 3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线； 4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响 二、实验内容 1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。 2、输入共源级放大器电路图。 3、设置仿真环境。 4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。 三、实验结果 1、实验电路图 中北大学信息商务学院课程设计说明书 学生姓名：苏慧敏学号：1305034211 学生姓名：王晓腾学号：1305034217 学生姓名：李康学号：1305034243 学院：中北大学信息商务学院 专业：电子信息工程 题目：心电信号的采集与处理 指导教师：王浩全职称: 教授 2016 年 6 月 9 日 中北大学信息商务学院课程设计任务书 2015-2016 学年第二学期 学院：中北大学信息商务学院 专业：电子信息工程 学生姓名：苏慧敏学号：1305034211 学生姓名：王晓腾学号：1305034217 学生姓名：李康学号：1305034243 课程设计题目：心电信号的采集与处理 起迄日期：2016年6 月13日～2016年7月1 日 课程设计地点：系专业实验室 指导教师：王浩全 系主任：王浩全 下达任务书日期: 2016年6月 9日 课程设计任务书 课程设计任务书 设计说明书应包括以下主要内容： （1）封面：课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 （2）设计任务书 （3）目录 （4）设计方案简介 （5）设计条件及主要参数表 （6）设计主要参数计算 （7）设计结果 （8）设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会（9）参考文献 目录 一、基于PCI总线A/D卡的报告 (1) （一）基于PCI总线的基本结构 (1) 1．PCI总线 (1) 2．PCI总线的基本含义 (1) （二）基于PCI的A/D卡的通用结构 (2) （三）基于PCI总线发展趋势 (2) （四）PCI总线的特点： (3) 二、设计方案简介 (3) 三、设计条件及主要参数表 (4) 四、设计结果 (6) 五、设计评述 (7) 六、参考文献 (7) 1、 研究模拟集成电路的重要性：（1）首先，MOSFET 的特征尺寸越来越小，本征速度越来 越快；（2）SOC 芯片发展的需求。 2、 模拟设计困难的原因：（1）模拟设计涉及到在速度、功耗、增益、精度、电源电压等多 种因素间进行折衷，而数字电路只需在速度和功耗之间折衷；（2）模拟电路对噪声、串扰和其它干扰比数字电路要敏感得多；（3）器件的二级效应对模拟电路的影响比数字电路要严重得多；（4）高性能模拟电路的设计很少能自动完成，而许多数字电路都是自动综合和布局的。 3、 鲁棒性就是系统的健壮性。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。所谓“鲁棒性”， 是指控制系统在一定的参数摄动下，维持某些性能的特性。 4、 版图设计过程：设计规则检查（DRC ）、电气规则检查（ERC ）、一致性校验（LVS ）、RC 分布参数提取 5、 MOS 管正常工作的基本条件是:所有衬源（B 、S ）、衬漏（B 、D ）pn 结必须反偏 6、 沟道为夹断条件： ?GD GS DS T DS GS TH H V =V -≤V V V -V ≥V 7、 （1）截止区：Id=0；Vgs 1、 CMOS analog circuit design by P.E.ALLEN 评定：理论性90 实用性70 编写 100 精彩内容：运放的设计流程、比较器、 开关电容 这本书在国内非常流行，中文版也 翻译的很好，是很多人的入门教材。 建议大家读影印版，因为ic 领域 的绝大部分文献是以英文写成的。 如果你只能读中文版，你的学习资料 将非常有限。笔者对这本书的评价 并不高，认为该书理论有余，实用性 不足，在内容的安排上也有不妥的地 方，比如没有安排专门的章节讲述反 馈，在小信号的计算方面也没有巧方法。本书最精彩的部分应该就是运放的设计流程了。这是领域里非常重要的问题，像Allen 教授这样将设计流程一步一步表述出来在其他书里是没有的。这正体现了Allen 教授的治学风格：苛求理论的完整性系统性。但是，作为一项工程技术，最关键的是要解决问题，是能够拿出一套实用的经济的保险的方案。所以，读者会发现，看完最后一章关于ADC/DAC 的内容，似乎是面面俱到，几种结构的ADC 都提到了，但是当读者想要根据需求选择并设计一种ADC/DAC 时，却无从下手。书中关于比较器的内容也很精彩，也体现了Allen 教授求全的风格。不过，正好其它教科书里对比较器的系统讲述较少，该书正好弥补了这一缺陷。Allen 教授是开关电容电路和滤波器电路的专家。书中的相关章节很适合作为开关电容电路的入门教材。该书的排版、图表等书籍编写方面的工作也做的很好。像Allen 这样的理论派教授不管在那所大学里，大概都会很快的获得晋升吧。另外，Allen 教授的学生Rincon Moca 教授写的关于LDO 的书非常详尽，值得一读。 2、 CMOS Circuit Design Layout and Simulation CMOS Mixed-Signal Circuit Design by R.J.Baker 评定：理论性80 实用性100 编写80 精彩内容：数据转换器的建模和测量、hspice 网表这本书的风格和Allen 的书刚好相反： 理论的系统性不强，但是极为实用，甚至给出 大量的电路仿真网表和hspice 仿真图线。 这本书的中文版翻译的也很好。最近出了第二 版，翻译人员换了，不知道翻译的水平如何。 不过，第二版好贵啊~~ Baker 教授在工业界 的实战经验丰富，曾经参加过多年的军方项目 的研发，接收器，锁相环，数据转换器，DRAM 等曾设计过。所以，书中的内容几乎了包含 了数字、模拟的所有重要电路，Baker 教授 ?基础研究?基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计 于 杰,李川勇,贾林壮 摘 要:目的 设计一套基于LabVIEW的心电信号采集系统。方法 在插入式信号采集板DAQ的硬件支持下,利用LabVIEW编程软件,设计了一套双通道心电信号采集系统,本系统用传统的心电图机采集心电信号,经过调解后,输 入计算机采集并显示,同时,为了能够对心电信号作进一步的研究,利用小波变换对心电信号进行了处理。结果 成 功采集到心电信号,并计算了心率的大小。 关键词:LabVIEW;心电信号;采集系统 中图分类号:R540.41;TP311.52 文献标识码:A文章编号:1009-7090(2001)03-0131-0003 The Design of ECG Aquiring System on LabVIEW Y U Jie,LI Chuan-y ong,J I A Ling-zhuang Department o f Bio2 physics,Nankai Univer sity Abstract:Objective T o design the ECG acquiring system on LabVIEW.Methods With a DAQ board,we design an ECG acquisi2 tion system based on LabVIEW.The electrocardiographic signal is conditioned by a traditional ECG machine and acquired by a DAQ board on a com puter.A wavelet trans formation was used to process the acquired signal.R esults The ECG signals were acquired success fully and the heartbeat rate was calculated. K ey w ords:LabVIEW;ECG;collecting system 1 前言 生物电是生命的特征,心电是生物电的一种。利用心电图等有关心电活动的曲线和图形资料为临床提供诊断信息,是心血管病不可缺少的检查诊断方法。 传统的心电图诊断方法是由三大功能模块组成:心电信号的记录、分析和表述结果,这三者都是由手工完成的,完全依靠医生的临床经验,在结果分析方面存在个体差异,并且在心电图结果的保存方面也有不便。随着计算机技术的发展,计算机在心电图中的应用为人们从事心电学研究和进行临床诊断提供了现代化的手段,如果把传统心电图机的信号分析和处理、结果表达与输出等的功能由计算机完成,可以使传统心电图机在数据处理、表达、传送、存储等方面获得突破。 虚拟仪器是一种新兴的构造仪器的技术,它利用计算机强大的计算能力和丰富的软硬件资源来组 作者单位:南开大学生物物理系,天津 300071 收稿日期:2000-10-11;修回日期:2001-01-12织仪器系统,实现从传统仪器向计算机系统的过渡。LabVIEW是基于虚拟仪器技术的应用开发软件,这种软件开发平台具有编程简单、结果直观的特点,这为开发出符合要求且界面友好的心电信号采集分析系统提供了方便。 我们使用了美国National Instruments公司的相关产品,利用LabVIEW511图形化软件开发平台的超强能力和DAQ数据采集板,采用虚拟仪器的方法,建立了一种新的心电信号采集、显示和分析方法,使传统的心电图机成为一个智能化的心电信号采集和分析系统。 2 系统的构成 心电信号采集和分析系统由软件和硬件两部分组成,硬件部分的任务是由传统的心电图机将心电信号转换为电信号,并进行信号调理,再由数据采集板DAQ通过其A/D转换等的功能,将信号以数字形式采集到计算机;软件部分通过编程将由硬件部分采集到的信号进行显示、分析和处理。系统的结构框图如图1所示。 131 生物医学工程与临床2001年9月第5卷第3期 硬件电路板设计规范 制定此《规范》的目的和出发点是为了培养硬件开发人员严谨、务实的 工作作风和严肃、认真的工作态度, 增强硬件开发人员的责任感和使命感, 提高工作效率和开发成功率, 保证产品质量。 1、深入理解设计需求, 从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求; 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案, 对CPU等主芯片进行选型, CPU选型有以下几点要求: 1) 容易采购, 性价比高; 2) 容易开发: 体现在硬件调试工具种类多, 参考设计多, 软件资源丰富, 成功案例多; 3) 可扩展性好; 3、针对已经选定的CPU芯片, 选择一个与我们需求比较接近的成功参 考设计。 一般CPU生产商或她们的合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证, 厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西, 也应该是经 过严格验证的, 否则也会影响到她们的芯片推广应用, 纵然参考设计的外围 电路有可推敲的地方, CPU本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的, 当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同, 能够细读CPU芯片 手册和勘误表, 或者找厂商确认; 另外在设计之前, 最好我们能外借或者购 买一块选定的参考板进行软件验证, 如果没问题那么硬件参考设计也是能够信赖的; 但要注意一点, 现在很多CPU都有若干种启动模式, 我们要选一种最适合的启动模式, 或者做成兼容设计; 4、根据需求对外设功能模块进行元器件选型, 元器件选型应该遵守以下原则: 1) 普遍性原则: 所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷、偏芯片, 减少风险; 2) 高性价比原则: 在功能、性能、使用率都相近的情况下, 尽量选择价格比较好的元器件, 减少成本; 3) 采购方便原则: 尽量选择容易买到, 供货周期短的元器件; 4) 持续发展原则: 尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件; 5) 可替代原则: 尽量选择pin to pin兼容种类比较多的元器件; 6) 向上兼容原则: 尽量选择以前老产品用过的元器件; 7) 资源节约原则: 尽量用上元器件的全部功能和管脚; 5、对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改, 修改时对于每个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计, 如果找到的参考设计连接方法都是完全一样的, 那么基本能够放心参照设计, 但即使只有一个参考设计与其它的不一样, 也不能简单地少数服从多数, 而是要细读芯片数据手册, 深入理解那些管脚含义, 多方讨论, 联系芯片厂技术支持, 最终确定科学、正确的连接方式, 如果仍有疑义, 能够做兼容设计; 当然, 如果所3.2模拟集成电路设计-差分放大器版图
硬件电路设计基础知识
电子科技大学集成电路原理实验CMOS模拟集成电路设计与仿真王向展
电路硬件设计基础
心电信号采集及系统设计(荟萃内容)
《模拟集成电路设计》复习
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