JP2010517472A - チョッパ安定化された計装用増幅器 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
式(1)から、計装用増幅器100の利得が入力キャパシタCinとフィードバックキャパシタCfbとの比、すなわち、キャパシタ106とキャパシタ112との比によって設定されることが明らかである。Cin/Cfbの比は100程度になるように選択することができる。キャパシタ112は、poly−polyキャパシタ、オンチップキャパシタ又は他の種類のMOSキャパシタとすることができ、良好にマッチしている、すなわち、対称であるべきである。
dQ/df=Cin・Fclock・ΔVin (3)
正フィードバック経路98は、再び変調器20のスイッチド入力キャパシタ13上に電荷を「戻す」か又は置くことによって実効抵抗を通過する電流を補償する。フィードバック経路98がない場合の計装用増幅器400の出力電圧は、差動入力電圧に、変調器20の入力キャパシタ106A、106BのキャパシタンスCinと、変調器34のフィードバックキャパシタ112A、112BのキャパシタンスCfbとの比を乗算した値に比例するため、スイッチドキャパシタ構成404(Cpos)は、ミキサ増幅器14の出力をサンプリングして、正フィードバックを使用して失われた電荷を戻す。換言すれば、正フィードバック経路98は、実効入力抵抗を通過する電流を補償する電流を注入する。正フィードバック経路98は、等価な低周波入力インピーダンスを1桁以上上昇させることができる。
Claims (38)
- 差動入力信号の振幅をクロック周波数で変調して、変調された信号を生成する第1の変調器と、
前記変調された信号を増幅して、増幅された信号を生成し、当該増幅された信号を、前記クロック周波数で復調して、出力信号を生成するミキサ増幅器と、
前記出力信号の振幅を、前記クロック周波数で変調する第2の変調器と、
前記変調された出力信号を、差動フィードバック信号として、前記変調された入力信号に印加する、フィードバック・パスと、
を備える、チョッパ安定化された計装用増幅器。 - 前記フィードバック・パスが、前記ミキサ増幅器の第1の入力に結合された(coupled)第1のフィードバック・パス・ブランチ、及び、前記ミキサ増幅器の第2の入力に結合された第2のフィードバック・パス・ブランチを含み、
前記第2の変調器が、前記第1のフィードバック・パス・ブランチ内の変調器、及び、前記第2のフィードバック・パス・ブランチ内の変調器、を含み、これらの変調器が、互いに位相がずれた(out of phase)形で、出力信号の振幅を変調するものである、
請求項1に記載の増幅器。 - 前記第1の及び第2のフィードバック・パス・ブランチの各々が、フィードバック・キャパシタンスを含み、
前記ミキサ増幅器の前記第1の及び第2の入力の各々が、入力キャパシタンスを介して、差動入力信号を受け取るために結合され、
前記ミキサ増幅器のゲインが、少なくとも部分的に、前記フィードバック・キャパシタンスの、前記入力キャパシタンスに対する比率に依存する、
請求項2に記載の増幅器。 - 請求項1に記載の増幅器であって、前記フィードバック・パスが、第1のフィードバック・パスであり、当該増幅器が更に、
前記出力信号を積分する積分器、
前記積分された出力信号を、前記クロック周波数で変調して、第2の差動フィードバック信号を生成する第3の変調器、及び、
前記第2の差動フィードバック信号を、前記変調された入力信号に印加する第2のフィードバック・パス、
を備える、請求項1に記載の増幅器。 - 前記第2のフィードバック・パスが、前記ミキサ増幅器の第1の入力に結合された第1のフィードバック・パス・ブランチ、及び、前記ミキサ増幅器の第2の入力に結合された第2のフィードバック・パス・ブランチ、を含み、
前記第3の変調器が、前記第1のフィードバック・パス・ブランチ内の変調器、及び、前記第2のフィードバック・パス・ブランチ内の変調器を含み、これらの変調器が、互いに位相がずれた(out of phase)形で、前記積分された出力信号の振幅を変調するものである、
請求項4に記載の増幅器。 - 前記第2のフィードバック・パスの前記第1の及び第2のフィードバック・パス・ブランチの各々が、フィードバック・キャパシタンスを含み、
前記第2のフィードバック・パスが、ハイパス・カットオフ周波数より低い周波数において支配的(dominant)であり、
前記第1のフィードバック・パスが、前記ハイパス・カットオフ周波数より高い周波数において支配的である、
請求項5に記載の増幅器。 - 前記ミキサ増幅器の前記第1の及び第2の入力の各々が、入力キャパシタを介して、前記差動入力信号を受け取るために結合され、
前記増幅器が更に、
前記ミキサ増幅器の出力を、第1のスイッチト・キャパシタを介して、前記ミキサ増幅器の前記第1の入力に対応する(associated with)前記入力キャパシタに結合する第1のフィードバック・パス・ブランチと、
前記ミキサ増幅器の出力を、第2のスイッチト・キャパシタを介して、前記ミキサ増幅器の前記第2の入力に対応する(associated with)前記入力キャパシタに結合する、第2のフィードバック・パス・ブランチと、
を含む第2のフィードバック・パスを備える、
請求項1に記載の増幅器。 - 前記第1の及び第2のスイッチト・キャパシタの各々が、スケーリングされた補償電荷(a scaled compensatory charge)を、前記入力キャパシタのそれぞれの1つに印加する
ようにされる、
請求項7に記載の増幅器。 - 前記増幅器に電力を供給するための電源を更に備え、
前記電源が、約2.0マイクロ・アンペア(microamps)より小さい電流を、作動中の前記増幅器に供給し、約2.0ボルトより低い電圧を回路に供給する、
請求項1に記載の増幅器。 - 前記作動入力信号が、約1.0Hzより低い又はそれと等しい周波数を有する、
請求項1に記載の増幅器。 - 前記ミキサ増幅器が、前記復調された信号を積分して、前記出力信号を生成する、
請求項1に記載の増幅器。 - 生理学的(physiological)検出デバイスであって、
生理学的状態を示す差動入力信号を生成する生理学的センサと、チョッパ安定化された計装用増幅器とを備え、
前記チョッパ安定化された計装用増幅器が、
前記差動入力信号の振幅を、クロック周波数で変調して、変調された信号を生成する第1の変調器と、
前記変調された信号を増幅して、増幅された信号を生成し、当該増幅された信号を、前記クロック周波数で復調して、出力信号を生成するミキサ増幅器と、
前記出力信号の振幅を、前記クロック周波数で変調する第2の変調器と、
前記変調された出力信号を、差動フィードバック信号として、前記変調された入力信号に印加するフィードバック・パスと、
を含む、
生理学的(physiological)検出デバイス。 - 前記フィードバック・パスが、
前記ミキサ増幅器の第1の入力に結合された、第1のフィードバック・パス・ブランチと、
前記ミキサ増幅器の第2の入力に結合された、第2のフィードバック・パス・ブランチと、
を含み、
前記第2の変調器が、前記第1のフィードバック・パス・ブランチ内の変調器、及び、
前記第2のフィードバック・パス・ブランチ内の変調器を含み、それらが、互いに位相がずれた(out of phase)形で、前記出力信号の振幅を変調するものである、
請求項12に記載のデバイス。 - 前記第1の及び第2のフィードバック・パス・ブランチの各々が、フィードバック・キャパシタンスを含み、
前記ミキサ増幅器の前記第1の及び第2の入力の各々が、入力キャパシタンスを介して、前記差動入力信号を受け取るために結合され、
前記ミキサ増幅器のゲインが、少なくとも部分的に、前記フィードバック・キャパシタンスの、前記入力キャパシタンスに対する比率に依存する、
請求項13に記載のデバイス。 - 前記フィードバック・パスが、第1のフィードバック・パスであり、前記デバイスが、更に、
前記出力信号を積分する積分器と、
前記積分された出力信号を、前記クロック周波数で変調して、第2の差動フィードバック信号を生成する第3の変調器と、
前記第2の差動フィードバック信号を、前記変調された入力信号に印加する第2のフィードバック・パスと、
を備える、
請求項12に記載のデバイス。 - 前記第2のフィードバック・パスが、
前記ミキサ増幅器の前記第1の入力に結合された第1のフィードバック・パス・ブランチ、及び、
前記ミキサ増幅器の第2の入力に結合された第2のフィードバック・パス・ブランチ、
を含み、
前記第3の変調器が、前記第1のフィードバック・パス・ブランチ内の変調器、及び、前記第2のフィードバック・パス・ブランチ内の変調器を含み、これらの変調器が、互いに位相がずれた(out of phase)形で、積分された出力信号の振幅を変調するものである、
請求項15に記載のデバイス。 - 前記第2のフィードバック・パスの前記第1の及び第2のフィードバック・パス・ブランチの各々が、フィードバック・キャパシタンスを含み、
前記第2のフィードバック・パスが、ハイパス・カットオフ周波数より低い周波数において支配的であり、
前記第1のフィードバック・パスが、ハイパス・カットオフ周波数より高い周波数において支配的である、
請求項16に記載のデバイス。 - 前記ミキサ増幅器の前記第1の及び第2の入力の各々が、入力キャパシタを介して差動入力信号を受け取るために結合され、
前記増幅器が更に、
前記ミキサ増幅器の出力を、第1のスイッチト・キャパシタを介して、前記ミキサ増幅器の第1の入力に対応する前記入力キャパシタに結合する第1のフィードバック・パス・ブランチ、及び、
前記ミキサ増幅器の出力を、第2のスイッチト・キャパシタを介して、前記ミキサ増幅器の第2の入力に対応する前記入力キャパシタに結合する第2のフィードバック・パス・ブランチ、
を含むフィードバック・パスを備える、
請求項12に記載のデバイス。 - 前記第1の及び第2のスイッチト・キャパシタの各々が、スケーリングされた補償電荷を、前記入力キャパシタのそれぞれの1つに印加するようにされる、請求項18に記載のデバイス。
- 前記増幅器に電力を与える電源を更に備え、
前記電源が、約2.0マイクロ・アンペアより少ない電流を、作動中の前記増幅器に供給し、約2.0ボルトより低い電圧を、回路に供給する、
請求項12に記載のデバイス。 - 前記差動入力信号が、約1.0Hzより低い、又は、それと等しい周波数を有する、請求項12に記載のデバイス。
- 前記センサが、加速度計、圧力センサ、及び、電圧センサの1つを含む、請求項12に記載のデバイス。
- センサが、心電図(ECG)センサ、筋電図(EMG)センサ、又は、脳電図(EEG)センサの1つを含む、請求項22に記載のデバイス。
- 前記生理学的検出デバイスが、埋め込み可能医療デバイス内に存在する、請求項12に記載のデバイス。
- 前記埋め込み可能医療デバイスが、心臓ペースメーカ、心臓除細動器、電気的神経刺激器(electrical neurostimulator)、及び、埋め込み可能薬品供給デバイスの1つを含む、請求項24に記載のデバイス。
- 前記ミキサ増幅器が、前記復調された信号を積分して、前記出力信号を生成する、請求項12に記載のデバイス。
- 差動入力信号の振幅を、クロック周波数で変調して、変調された信号を生成するための手段、
前記変調された信号を増幅して、増幅された信号を生成し、当該増幅された信号を、前記クロック周波数で復調して、出力信号を生成するための手段、
前記出力信号の振幅を、前記クロック周波数で変調するための手段、及び、
前記変調された出力信号を、差動フィードバック信号として、前記変調された入力信号に印加するための手段、
を備える、チョッパ安定化された計装用増幅器。 - 差動入力信号の振幅を、クロック周波数で変調して、変調された信号を生成し、
ミキサ増幅器内で、前記変調された信号を増幅して、増幅された信号を生成し、
前記ミキサ増幅器内で、前記増幅された信号を前記クロック信号で復調して、出力信号を生成し、
前記出力信号の振幅を、前記クロック信号で変調し、そして、
前記変調された出力信号を、第1のフィードバック・パスを介して、差動フィードバック信号として、前記変調された入力信号に印加する、
ステップを含む方法。 - 前記ミキサ増幅器の第1の入力に結合された、前記第1のフィードバック・パスの第1のフィードバック・パス・ブランチ、及び、
前記ミキサ増幅器の第2の入力に結合された、前記第1のフィードバック・パスの第2のフィードバック・パス・ブランチ、
を介して、前記差動フィードバック信号を印加するステップを更に含み、
出力信号の振幅を変調するステップが、
前記第1のフィードバック・パス・ブランチ内で前記出力信号の前記振幅を変調するステップと、
前記第1のフィードバック・パス・ブランチ内での変調と位相が外れた状態で、前記第2のフィードバック・パス・ブランチ内で前記出力信号の振幅を変調するステップと、
を含む、
請求項28に記載の方法。 - 前記第1の及び第2のフィードバック・パス・ブランチの各々が、フィードバック・キャパシタンスを含み、
前記ミキサ増幅器の前記第1の及び第2の入力の各々が、入力キャパシタンスを介して前記差動入力信号を受け取るために結合され、
前記ミキサ増幅器のゲインが、少なくとも部分的に、前記フィードバック・キャパシタンスの、前記入力キャパシタンスに対する比率に依存する、
請求項28に記載の方法。 - 前記フィードバック・パスが、第1のフィードバック・パスであり、
前記方法が、更に、
前記出力信号を積分し、
前記積分された出力信号を、前記クロック周波数で変調して、第2の差動フィードバック信号を生成し、
前記第2の差動フィードバック信号を、第2のフィードバック・パスを介して、前記変調された入力信号に印加する、
ステップを含む、
請求項28に記載の方法。 - 前記第2のフィードバック・パスが、
前記ミキサ増幅器の第1の入力に結合された、前記第2のフィードバック・パスの第1のフィードバック・パス・ブランチ、及び、
前記ミキサ増幅器の第2の入力に結合された、前記第2のフィードバック・パスの第2のフィードバック・パス・ブランチ、
を含み、
前記積分された出力信号を変調するステップが、
前記第1のフィードバック・パス・ブランチ内で前記積分された出力信号の振幅を変調し、そして、前記第2のフィードバック・パス・ブランチ内で前記積分された出力信号の振幅を、前記第1のフィードバック・パス・ブランチ内の変調とは位相が外れた状態で、変調するステップを含む、
請求項31に記載の方法。 - 前記第2のフィードバック・パスの前記第1の及び第2のフィードバック・パス・ブランチの各々が、フィードバック・キャパシタンスを含み、
前記第2のフィードバック・パスが、ハイパス・カットオフ周波数より低い周波数において支配的であり、
前記第1のフィードバック・パスが、ハイパス・カットオフ周波数より高い周波数において支配的である、
請求項32に記載の方法。 - 前記ミキサ増幅器の前記第1の及び第2の入力の各々が、入力キャパシタを介して、差動入力信号を受け取るために結合され、
前記方法が、更に、
前記ミキサ増幅器の出力からのフィードバックを、第1のスイッチト・キャパシタを介して、前記ミキサ増幅器の前記第1の入力に対応する(associated with)入力キャパシタに印加し、そして、
前記ミキサ増幅器の出力からのフィードバックを、第2のスイッチト・キャパシタを介して、前記ミキサ増幅器の前記第2の入力に対応する入力キャパシタに印加する、
ステップを含む、
請求項28に記載の方法。 - スケーリングされた補償電荷を、それぞれの第1の及び第2のスイッチト・キャパシタを介して、前記入力キャパシタの各々に印加するステップを更に含む、請求項34に記載の方法。
- 約2.0マイクロアンペアの電流より小さい電流、及び、約2.0ボルトの電圧より低い電圧で、作動中の前記ミキサ増幅器に電力を供給するステップを更に含む、
請求項28に記載の方法。 - 前記差動入力信号が、約1.0Hzより低い、又は、それと等しい周波数を有する、請求項28に記載の方法。
- 前記復調された信号を、ミキサ増幅器内で積分して、前記出力信号を生成するステップを更に含む、請求項28に記載の方法。
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