生理信號(hào)調(diào)理電路和生理信號(hào)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種生理信號(hào)調(diào)理電路和生理信號(hào)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了解人們的身體健康狀況，經(jīng)常需要對(duì)一些生理信號(hào)進(jìn)行采集。例如，心電(ECG)信號(hào)和脈搏波(PPG)信號(hào)是重要的生理信號(hào)，它們包含豐富的人體生理和病理信息，能夠反映人體心血管系統(tǒng)的健康狀況。通過(guò)對(duì)ECG信號(hào)和PPG信號(hào)進(jìn)行采集和分析，可以及時(shí)了解人體的健康狀況。
[0003]在現(xiàn)有的生理信號(hào)采集系統(tǒng)中，通常通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)采集到的生理信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。由于ADC通常轉(zhuǎn)換速度較低，因此，如果希望得到高有效位(即高ADC精度)，則需要增加ADC的采樣時(shí)間，進(jìn)而需要增加生理信號(hào)的采集時(shí)間，這樣會(huì)導(dǎo)致生理信號(hào)采集系統(tǒng)的功耗較高。
[0004]因此，需要提供一種信號(hào)采集技術(shù)，以至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種生理信號(hào)調(diào)理電路。該生理信號(hào)調(diào)理電路包括順序連接的第一放大電路、直流消除電路、第二放大電路和電荷保持電路。第一放大電路的輸入端連接到生理信號(hào)檢測(cè)模塊的輸出端。電荷保持電路的輸出端連接到ADC的輸入端。生理信號(hào)檢測(cè)模塊用于對(duì)待檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)并輸出生理信號(hào)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種生理信號(hào)采集系統(tǒng)。該生理信號(hào)采集系統(tǒng)包括生理信號(hào)檢測(cè)模塊、生理信號(hào)調(diào)理電路和ADC。生理信號(hào)調(diào)理電路包括順序連接的第一放大電路、直流消除電路、第二放大電路和電荷保持電路。第一放大電路的輸入端連接到生理信號(hào)檢測(cè)模塊的輸出端。電荷保持電路的輸出端連接到ADC的輸入端。生理信號(hào)檢測(cè)模塊用于對(duì)待檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)并輸出生理信號(hào)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明提供的生理信號(hào)調(diào)理電路和生理信號(hào)采集系統(tǒng)，由于采用了電荷保持電路，因此后續(xù)的ADC的有效采樣時(shí)間大大增加，使得本發(fā)明能夠在實(shí)現(xiàn)高分辨率、高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換的同時(shí)降低功耗。
[0008]在
【發(fā)明內(nèi)容】
中引入了一系列簡(jiǎn)化的概念，這些概念將在【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0009]以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說(shuō)明】
[0010]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施方式及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0011]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的生理信號(hào)調(diào)理電路的示意性框圖；
[0012]圖2a示出常規(guī)的生理信號(hào)調(diào)理電路以及關(guān)聯(lián)電路的示意性框圖；
[0013]圖2b示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的生理信號(hào)調(diào)理電路以及關(guān)聯(lián)電路的示意性框圖；
[0014]圖3示出在一個(gè)示例中在圖2a和圖2b所示的四個(gè)位置處所測(cè)量得到的波形圖；
[0015]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的生理信號(hào)調(diào)理電路以及相關(guān)聯(lián)的ADC和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的示意性框圖；
[0016]圖5不出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第一放大電路的電路不意圖；
[0017]圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電荷保持電路的電路示意圖；
[0018]圖7示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的電路示意圖；以及
[0019]圖8示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的生理信號(hào)采集系統(tǒng)的示意性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在下文的描述中，提供了大量的細(xì)節(jié)以便能夠徹底地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解，如下描述僅涉及本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這樣的細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。此外，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種生理信號(hào)調(diào)理電路。圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的生理信號(hào)調(diào)理電路100的示意性框圖。
[0022]如圖1所示，生理信號(hào)調(diào)理電路100包括順序連接的第一放大電路110、直流消除電路120、第二放大電路130和電荷保持電路140。第一放大電路110的輸入端連接到生理信號(hào)檢測(cè)模塊(未示出)的輸出端。電荷保持電路140的輸出端連接到ADC(未示出)的輸入端。其中，生理信號(hào)檢測(cè)模塊用于對(duì)待檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)并輸出生理信號(hào)。待檢測(cè)對(duì)象可以是，人身上的待檢測(cè)部位，例如，人的指尖。生理信號(hào)可以是諸如ECG信號(hào)、PPG信號(hào)等各種合適的生理信號(hào)。為描述方便，在下文以PPG信號(hào)為例來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方案，可以理解的是，這并非對(duì)本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本文的描述理解本發(fā)明在針對(duì)其他生理信號(hào)的應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)方式。
[0023]生理信號(hào)檢測(cè)模塊可以包括驅(qū)動(dòng)電路、光發(fā)射器和光電探測(cè)器(未示出)。驅(qū)動(dòng)電路的輸入端可以連接到控制電路(未示出)的輸出端。控制電路可以集成在控制單元中，控制單元可以通過(guò)專(zhuān)用集成電路(ASIC)、可編程邏輯陣列(FPGA)、數(shù)字處理器(DSP)電路等實(shí)現(xiàn)?？刂齐娐房梢圆捎每刂茊卧械倪壿嬰娐穪?lái)實(shí)現(xiàn)?？刂齐娐酚糜谏煽刂菩盘?hào)。驅(qū)動(dòng)電路用于在控制信號(hào)的控制下生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)光發(fā)射器發(fā)射光，以對(duì)待檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)。
[0024]在一個(gè)示例中，當(dāng)人的指尖置于生理信號(hào)檢測(cè)模塊中時(shí)，光發(fā)射器(例如發(fā)光二極管等)與光電探測(cè)器(例如光敏二極管等)分布在指尖的相對(duì)的兩側(cè)。光發(fā)射器可以發(fā)出波長(zhǎng)為660nm的可見(jiàn)紅光和波長(zhǎng)為920?950nm的不可見(jiàn)紅外光。當(dāng)這兩種光照射到人的指尖上時(shí)，相對(duì)側(cè)的光電探測(cè)器可以接收到透射光并將透射光轉(zhuǎn)換為PPG信號(hào)并將其輸出。
[0025]第一放大電路110用于對(duì)生理信號(hào)檢測(cè)模塊輸出的PPG信號(hào)進(jìn)行初級(jí)線(xiàn)性放大并將經(jīng)初級(jí)放大的PPG信號(hào)輸出到直流消除電路120的輸入端?？梢岳斫獾氖?，第一放大電路110可以將PPG信號(hào)以及其中包含的噪聲一起放大，因此，生理信號(hào)調(diào)理電路100還可以包括相應(yīng)的去除噪聲的電路(未示出)。
[0026]直流消除電路120用于消除PPG信號(hào)中的直流分量的至少一部分。生理信號(hào)檢測(cè)模塊輸出的PPG信號(hào)包含以下兩種分量:(1)緩慢變化的直流分量，它一般可以假設(shè)為與所檢測(cè)的指尖皮膚的總血容量有關(guān)，實(shí)際與動(dòng)脈血的非脈動(dòng)部分、靜脈血和毛細(xì)管血部分以及肌肉組織等部分的光吸收有關(guān)；(2)脈動(dòng)變化的交流分量，它同步于心率，可假設(shè)為與動(dòng)脈血容量有關(guān)，主要反映脈動(dòng)血的光吸收情況。PPG信號(hào)的交流分量是疊加在直流分量上的，并且交流信號(hào)的幅值一般為直流分量的幅值的1?2%。由于主要是交流分量包含了脈搏信息，所以需要通過(guò)直流消除電路120將PPG信號(hào)中的大部分直流分量消除，再將剩余的交流分量進(jìn)一步放大并進(jìn)行其他處理。
[0027]第二放大電路130用于對(duì)消除了大部分直流分量之后的PPG信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步放大并將經(jīng)進(jìn)一步放大的PPG信號(hào)輸出到電荷保持電路140的輸入端。由于輸入到第二放大電路130的主要是PPG信號(hào)的交流分量，因此第二放大電路130主要對(duì)交流分量進(jìn)行放大，以增大交流分量的信號(hào)強(qiáng)度，方便對(duì)其進(jìn)行后續(xù)處理。
[0028]電荷保持電路140用于對(duì)第二放大電路130輸出的信號(hào)進(jìn)行電荷保持，并將經(jīng)電荷保持的PPG信號(hào)輸出到ADC，以使得ADC能夠獲得充足的有效采樣時(shí)間。有效采樣時(shí)間是指在該時(shí)間段內(nèi)ADC采樣得到的數(shù)據(jù)是PPG信號(hào)上的有效數(shù)據(jù)。這樣的有效數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)能夠反映PPG信號(hào)的實(shí)際情況。
[0029]下面以PPG信號(hào)的采集過(guò)程為例進(jìn)行說(shuō)明。圖2a示出常規(guī)的生理信號(hào)調(diào)理電路以及關(guān)聯(lián)電路的示意性框圖，圖2b示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的生理信號(hào)調(diào)理電路以及關(guān)聯(lián)電路的不意性框圖。
[0030]在圖2a中，生理信號(hào)調(diào)理電路包括差分光電流放大電路250、高通濾波器260和可變?cè)鲆娣糯笃?70，關(guān)聯(lián)電路包括控制電路210、驅(qū)動(dòng)電路220、光發(fā)射器230、光電探測(cè)器240、第一 ADC 280和第二 ADC 290?？刂齐娐?10向驅(qū)動(dòng)電路220輸入控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路220在控制信號(hào)