عنوان پایان‌نامه
طراحی تقویت کننده ابزار دقیق کم نویز و با امپدانس ورودی بالا
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3092;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78504;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3092;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78504
- تاریخ دفاع
- ۲۶ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- مهدی چگینی
- استاد راهنما
- شاهین جعفرآبادی آشتیانی
- چکیده
- تقویت کننده ابزاردقیق کم نویز با امپدانس ورودی بالا، برای دریافت سیگنال های زیستی از جمله سیگنال ECG بدون استفاده از الکترودهای مخصوص و ژل، و همچنین دریافت آن به صورت غیرتماسی و از روی لباس استفاده می شود. دریافت غیرتماسی سیگنال ECG تنها یکی از کاربردهای این تقویت کننده ها می باشد که امکان دریافت این سیگنال را به راحتی و بدون نیاز به آماده سازی سطح پوست بدن فراهم می کند. در این پژوهش تقویت کننده ابزاردقیق کم نویز با امپدانس ورودی بالا با روشی جدید با استفاده از خنثی سازی خازن های پارازیتی ورودی با روش خازن منفی طراحی شده است. مدار طراحی شده قادر است که با روشی نوین و با کمترین پیچیدگی خازن های پارازیتی ورودی تقویت کننده را که مهمترین عامل کاهش امپدانس ورودی و محدود شدن پهنای باند است، به کمتر از 1 پیکوفاراد کاهش دهد. همچنین مدار دارای ورودی اتصال AC است بطوریکه ولتاژهای بزرگ DC القا شده به بدن هیچ مشکلی را برای مدار بوجود نمی آورند. با استفاده از روش جدید بوت استرپ امپدانس ورودی تقویت کننده افزایش یافته و علاوه براین بجای استفاده از بافر در ورودی، درکنار روشهای ذکر شده، از طبقه بهره برای افزایش نرخ نسبت سیگنال به نویز استفاده شده است. بکارگیری مجموع این روش ها برای افزایش امپدانس ورودی که به نوعی هرکدام فیدبک مثبت محسوب می-شوند، ممکن است باعث ناپایداری مدار شود که برای حل آن یک نوع ساختار فیدبکی ارائه شده است. در نهایت با طراحی و ساخت مدار دریافت سیگنال ECG، اندازه گیری سیگنال قلب از روی لباس و به صورت غیرتماسی صورت گرفت. این مدار با ولتاژ باتری V3.7 و به صورت تک تغذیه کار می-کند. برای مدار ساخته شده امپدانس ورودی بیش از G?20، چگالی طیف نویز خروجی در فرکانس 0.1 تا 100 هرتز، nV2/Hz 1.31 بدست آمد. بهره مدار dB56 و میزان CMRR مدار، dB96 در فرکانس Hz50 میباشد. واژه‌های کلیدی: تقویت کننده ابزاردقیق، سیگنال ECG، امپدانس ورودی بالا، حسگر غیرتماسی، ضبط ECG از روی لباس، خازن منفی، کاهش خازن پارازیتی
- Abstract
- Low-noise instrumentation amplifiers with high input impedance is used for biological signal acquisition such as ECG monitoring, without the use of special or wet electrodes, and for non-contact measurement over clothes. Getting non-contact ECG signal is only one of the applications of these amplifiers, which provides the possibility of receiving these signals easily and without the need for skin preparation. In this study, a low noise instrumentation amplifier with high input impedance is designed by using neutralizing input parasitic capacitance with the negative capacitive method. The designed circuit is enable to reduce parasitic capacitance of the amplifier’s input to less than 1Pf with minimal complexity .parasitic capacitance is the most important factor leading to the limited bandwidth and Input impedance. Large DC voltage that induced in the body does not create any problem for circuit because of ac-coupled input. Employing the new bootstrap method, input impedance of the amplifier has increased. In addition to aforementioned techniques, a gain stage is used to increase the signal to noise ratio of captured biological signal instead of using a buffer at input stage. Applying all these methods may cause circuit instability because they are kind of positive feedback mechanism to increase the input impedance of amplifier; therefore, the issue has been solved by providing a negative feedback structure. Finally, after design and implementation of ECG signal recording circuit, non-contact ECG measurement from top of a cloth was done. The circuit is single supply and operates with a 3.7V lithium polymer battery. The amplifier’s input impedance is over 20G?, output noise spectral density is about 1.31nV2/Hz from 0.1 to 100Hz. Gain of the amplifier is about 56dB and achieves a CMRR of 96dB at 50Hz. Keywords: Instrumentation amplifier, ECG signal, high input impedance, non-contact sensor, ECG recording from top of cloth, negative capacitor, parasitic capacitor reduction
