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研究生:賴品睿
研究生(外文):Pin-Ruei Lai
論文名稱:應用於生理醫療量測之單石低頻濾波器晶片設計
論文名稱(外文):The Monolithic Ultra-Low Frequency Filter IC Design For Biomedical Measurement Applications
指導教授:蕭敏學蕭敏學引用關係
指導教授(外文):Miin-Shyue Shiau
口試委員:謝韶徽黃德成劉堂傑
口試委員(外文):Shao-Hui ShiehDer-Chen HuangDon-Gey Liu
口試日期:2014-07-17
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:電子工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:心電圖量測低頻帶濾波器時間常數放大分流結構
外文關鍵詞:Electrocardiogram measurementLow frequency band filterTime constant increaseSharing current method
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本篇論文主要的研究方向在於如何使傳統生醫量測上心電圖量測電路的單晶片化,傳統上的心電圖量測電路是以外接的方式將電阻元件與電容元件拉到單晶片或是運算放大器外,並且因為心電圖的量測信號屬於低頻帶的信號種類,故通常來說其所需要使用到的電阻元件與電容元件都是高數值的,這部分本篇論文採用了一個簡單的分流式的概念去降低傳統的阻容值而達到等效大的時間常數,並利用多運算放大器(Multiple amplifier biquad;MAB)結構的濾波器來實現單晶片化低頻帶使用的低通與高通濾波器,濾波器的頻帶因為心電圖量測規範所以定在1Hz~250Hz。

晶片實現的部分是使用TSMC 0.35 um製程參數來進行設計、模擬與下線,完成實現出濾波器頻帶為1.69Hz~212Hz,四階MAB高通濾波器面積為1072.700um * 1065.900um、四階MAB低通濾波器面積為955.825um * 787.000um。
The research of this paper is to integrate the traditional biomedical measurement circuit of electrocardiogram on a single-chip. Traditionally,the electrocardiogram measurement circuit is usually implemented by using external resistive elements and capacitive elements out of chip or operational amplifier. Due to the electrocardiogram signal is a kind of low frequency signal the measurement circuit must use the larger values of both resistors and capacitors in the general case. This paper use a simple concept to reduce the needed values of both resistors and capacitors (sharing current method to realize the corresponding time constant). In addition,the Multiple amplifier biquad (MAB) structure is used to implement the low frequency band filter in single-chip. And set the filter’s specifications at 1Hz to 250Hz.

The chip is implemented with TSMC 0.35um process technology . This design of filter bandwidth is1.69Hz to 212Hz. The total area of 4-order MAB high pass filter is 1072.700um * 1065.900um , and that 4-order MAB low pass filter is 955.825um * 787.000um.
摘 要 ii
Abstract iii
目 錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 前言與研究動機 1
1.2 論文架構 2
第二章 生理信號與量測基本理論 3
2.1 生理信號基本簡介 3
2.1.1 生理信號規格 3
2.1.2 心電圖基本理論 3
2.1.3 心電圖量測與波形成分 6
2.2 濾波器基本簡介 12
2.2.1 濾波器原理 12
2.2.2 SAB濾波器原理簡介 19
2.2.3 MAB濾波器原理簡介 21
2.3 分流結構原理 26
第三章 分流模式MAB濾波器結構與設計 27
3.1 運算放大器簡介 27
3.1.1 運算放大器結構與原理 27
3.1.2 運算放大器設計性能表 29
3.2 濾波器設計考量 30
3.2.1 分流模式MAB高通濾波器設計 33
3.2.2 分流模式MAB低通濾波器設計 35
3.2.3 分流結構討論 37
第四章 驗證與模擬 40
4.1 Pre-simulation 40
4.1.1 4 order MABHPF Pre-simulation 41
4.1.2 4 order MABLPF Pre-simulation 43
4.1.3 4 order MABBPF Pre-simulation 45
4.2 Post-simulation 46
4.2.1 MABHPF Post-simulation 46
4.2.2 MABLPF Post-simulation 47
4.3 佈局圖 48
4.4 模擬結果討論 50
第五章 結論與未來展望 52
參考文獻 54
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[14] 趙彼得 “利用心電圖發展智慧型動態心肌梗塞分析研究” 逢甲大學資訊電機工程碩士在職專班碩士論文, 2011.
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