华南理工大学学报(自然科学版)

作者：吴朝晖, 陈家琳, 赵明剑, 李斌

单位：华南理工大学 微电子学院，广东 广州 511442

关键词：金属氧化物薄膜晶体管,心率信号检测,前置放大器,电容自举结构

基金：国家自然科学基金项目(62174058)

金属氧化物薄膜晶体管（MO-TFT）可以用来实现检测心率信号的柔性可穿戴系统，但MO-TFT缺少高性能互补器件，导致实现的前置放大器增益较小，而且MO-TFT器件的性能较差，给后级模块的设计带来了困难。为提升前置放大器的增益，降低后级电路对器件性能的要求，该文提出了一种共源共栅电容自举结构前置放大器。该前置放大器主要由外部耦合偏置模块和核心放大器模块构成；核心放大器模块使用稳定性好、输出电压摆幅大和功耗低的电容自举技术，并结合了共源共栅结构，以提升电路的整体增益；外部耦合偏置模块使用功耗较低、输入阻抗较大和工作点设置简单的交流耦合外部偏置结构，以满足心率信号检测前置放大器的带通要求。采用10 μm IZO-TFT工艺对所提出的前置放大器进行设计和流片测试，结果表明：在20 V电源电压条件下，该放大器的增益为35 dB，带宽为2 Hz~2 kHz，噪声均方根值为118.2 μV，功耗为0.1 mW，实现的前置放大器满足心率信号检测要求；与现有的MO-TFT心率信号检测前置放大器相比，所设计的前置放大器增益提升了约10 dB，降低了后级模块对器件性能的要求，有利于实现模拟信号的数字化，保持信号的完整性。

来源：2025年第3期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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