移动医疗芯片的系统架构
医疗电子未来的主要趋势是[14]便携式、微型化、可连接、人性化、安全和可靠。便携式需要的生物信号采集传感器，高效率的系统电源管理芯片，极低功耗的系统和能量存储。微型化需要先进的集成技术，如CMOS集成电路， MEMS和其他可变技术的集成。可连接性需要低功耗RF无线通信技术。医疗电子设备的人性化需要通过病人和客户的经验进行设计考虑。数据安全性需要更多的硬件和软件工具支持在RF传输和存储过程中医疗数据的安全性。可靠性需要增强行业规则和标准。针对国内外移动医疗芯片的研发现状，我们致力于研制适用于移动生理参数监测的集成电路系统芯片，实现多生命体征信号提取、数据处理和无线传输的单晶集成。该芯片可应用于便携式的血糖仪、数字血压计、血气分析仪、数字脉搏和心率监视器等一系列移动医疗设备中。考虑到移动生理参数监测设备的特殊应用条件，芯片采用低频率、低噪声、低功耗（三低）的设计方案，主要研究四个方面的内容，即全差分模拟前端、人体近端无线通信、低功耗可扩展FFT处理器电源管理和系统集成。
2.1 全差分模拟前端
由于生理信号的特殊性，模拟前端电路设计的关键技术在于实现低噪声、低功耗、高精度模拟信号采集和高速高精度低功耗模数转换。模拟前端（AFE）部分用于对人体生理信号进行采集，为其后的数据处理和无线收发模块提供真实可靠的数据来源，在移动医疗芯片中占据着极其重要的位置。近年来，已经报道了一些应用于生物医学信号采集的模拟前端集成电路设计[15-18]。然而，这些设计中要么没有集成ADC，要么系统增益不可调，或者不支持多通道采集，另外设计很少尝试针对于低幅度电流源信号的采集。为了尽量不失真的还原、放大多种人体生理信号，减小噪声干扰，模拟前端包括前置放大器、带通滤波器、抑制工频干扰的陷波器、主放大器和逐次逼近型模数转换器（SAR ADC），
一般情况下，前置放大器的增益不宜太大，以避免电极的极化电压造成电路的饱和，其数值一般选择在5-10倍左右。带通滤波器一般用来滤掉生理信号频段外的噪声干扰。陷波器一般用来滤除掉工频干扰。由于前置放大器的放大倍数不大，所以主放大器必须将生理信号进一步放大，保证能够驱动后面模数转换器。该AFE芯片含有6个采集通道，每个通道的功耗仅为80μW，同时每个通道的增益和带通截止频率可以配置，可适用于ECG、EMG和EEG等多种电生理信号的采集。此外，该芯片内包含有抑制工频干扰的全集成陷波器，可以抑制耦合进入通道内的工频干扰。针对常规陷波器需要大电阻（超过1MΩ）大电容（超过50pF）的难题，该设计采用了电流分流技术，通过减少积分器的充放电时间来增大时间常数，从而大大降低了陷波器的中心频率。同时，陷波器的中心频率可以进行调节，从而使芯片适用于不同频率的工频干扰。本设计中的模拟前端芯片采用SMIC混合信号0.18μm 1P6M CMOS工艺制造。
