具有溫度補(bǔ)償特性的光頻率轉(zhuǎn)換裝置及血氧儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光電轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有溫度補(bǔ)償特性的光頻率轉(zhuǎn) 換裝置及血氧儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 光電技術(shù)是將傳統(tǒng)的光學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代電子技術(shù)相結(jié)合的一種高新技術(shù)，以光電轉(zhuǎn) 換電路為核心的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)療和航天 等諸多領(lǐng)域，所謂的光電轉(zhuǎn)換是以半導(dǎo)體材料光電二極管為基礎(chǔ)器件，通過將照射于光電 二極管上光通量改變量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號，在經(jīng)過前置放大、主放大等后續(xù)電路進(jìn)一 步優(yōu)化為有用的信號，以便后續(xù)電路對信號進(jìn)行處理。光頻率轉(zhuǎn)換裝置是一種光電轉(zhuǎn)換裝 置，能根據(jù)檢測到的光強(qiáng)度產(chǎn)生相應(yīng)頻率的脈沖信號，廣泛應(yīng)用于血氧儀等醫(yī)療器械中。
[0003] 目前市場上大部分低端血氧儀由分立器件組成，如通過光電二極管、靈敏放大器、 ADC/DAC、基準(zhǔn)穩(wěn)壓源、微處理器以及LED的顯示與驅(qū)動(dòng)等來構(gòu)成，這種血氧儀體積大功耗 高，而且精度的一致性難以保證。高端的血氧儀采用光傳感器芯片替代了光電二極管，有些 也采用光轉(zhuǎn)頻率等專用器件?？傮w的發(fā)展趨勢是將多個(gè)模擬功能模塊以及光電傳感器進(jìn)行 集成，最終實(shí)現(xiàn)小巧、輕便、省電的血氧儀產(chǎn)品。但目前還沒把光電傳感器、微弱信號采集、 模數(shù)轉(zhuǎn)換等模塊集成在一起的專用于血氧儀的光電檢測模擬集成芯片。其中光頻率轉(zhuǎn)換電 路為光電檢測模擬集成芯片中的關(guān)鍵部分之一。光頻率轉(zhuǎn)換電路利用了光電二極管將光信 號轉(zhuǎn)換成電流信號，但光電二極管輸出中的暗電流部分受溫度影響較大，因此影響了光頻 率轉(zhuǎn)換電路的精度。
[0004] 因此，為了保證轉(zhuǎn)換精度，光頻率轉(zhuǎn)換電路還需要有一個(gè)機(jī)制負(fù)責(zé)抵消溫度對光 電二極管暗電流的影響。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種具有溫度補(bǔ)償特性 的光頻率轉(zhuǎn)換裝置，該裝置抵消溫度對光電二極管暗電流的影響，保證光電轉(zhuǎn)換裝置的精 度。
[0006] 本實(shí)用新型的第二目的在于，提供一種血氧儀。
[0007] 本實(shí)用新型的第一目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種具有溫度補(bǔ)償特性的光頻率 轉(zhuǎn)換裝置，包括光電二極管和震蕩器，還包括跨阻放大器、跨導(dǎo)放大器和電流減法器；
[0008] 所述光電二極管的個(gè)數(shù)為兩個(gè)，分別為接收光信號根據(jù)光強(qiáng)度產(chǎn)生相應(yīng)電流信號 的第一光電二極管D1以及不接收光信號根據(jù)溫度產(chǎn)生相關(guān)電流信號的第二光電二極管 D2 ；
[0009] 所述跨阻放大器的個(gè)數(shù)為兩個(gè)，分別為第一跨阻放大器和第二跨阻放大器；
[0010] 所述跨導(dǎo)放大器的個(gè)數(shù)為兩個(gè)，分別為第一跨導(dǎo)放大器和第二跨導(dǎo)放大器；
[0011] 所述第一光電二極管D1的輸出端通過第一跨阻放大器連接第一跨導(dǎo)放大器，所 述第二光電二極管D2的輸出端通過第二跨阻放大器連接第二跨導(dǎo)放大器；第一跨導(dǎo)放大 器和第二跨導(dǎo)放大器的輸出端分別連接電流減法器的兩個(gè)輸入端；電流減法器的輸出端連 接震蕩器的輸入端。
[0012] 優(yōu)選的，所述第一跨阻放大器包括電阻R1和運(yùn)算放大器A1 ;第一光電二極管D1 的陽極接地，陰極與所述運(yùn)算放大器A1的反相輸入端連接；所述運(yùn)算放大器A1的反相輸入 端通過電阻R1和運(yùn)算放大器A1的輸出端連接，運(yùn)算放大器A1的同相輸入端接地；運(yùn)算放 大器A1的輸出端作為第一跨阻放大器的輸出端連接第一跨導(dǎo)放大器的輸入端；
[0013] 所述第二跨阻放大器包括電阻R2和運(yùn)算放大器A2 ;第二光電二極管D2的陽極接 地，陰極與所述運(yùn)算放大器A2的反相輸入端連接；所述運(yùn)算放大器A2的反相輸入端通過電 阻R2和運(yùn)算放大器A2的輸出端連接，運(yùn)算放大器A2的同相輸入端接地；運(yùn)算放大器A2的 輸出端作為第二跨阻放大器的輸出端連接第二跨導(dǎo)放大器的輸入端。
[0014] 優(yōu)選的，所述第一跨導(dǎo)放大器包括運(yùn)算放大器A3、電阻R3和PM0S管P1，所述第一 跨阻放大器的輸出端連接運(yùn)算放大器A3的反相輸入端，運(yùn)算放大器A3的輸出端連接PM0S 管P1的柵極，運(yùn)算放大器A3的同相輸入端連接PM0S管P1的漏極，PM0S管P1的漏極通過 電阻R3接地，PM0S管P1的源極接電源；運(yùn)算放大器A3的輸出端作為第一跨導(dǎo)放大器的輸 出端連接電流減法器的其中一個(gè)輸入端；
[0015] 所述第二跨導(dǎo)放大器包括運(yùn)算放大器A4、電阻R4和PM0S管P2,所述第二跨阻放 大器的輸出端連接運(yùn)算放大器A4的反相輸入端，運(yùn)算放大器A4的輸出端連接PM0S管P2 的柵極，運(yùn)算放大器A4的同相輸入端連接PM0S管P2的漏極，PM0S管P2的漏極通過電阻 R4接地，PM0S管P2的源極接電源；運(yùn)算放大器A4的輸出端作為第二跨導(dǎo)放大器的輸出端 連接電流減法器的另一個(gè)輸入端。
[0016] 優(yōu)選的，所述電流減法器包括PM0S管P3、PM0S管P4、NM0S管Nl、NM0S管N2和 NM0S管N3,所述第一跨導(dǎo)放大器的輸出端連接PM0S管P3的柵極，第二跨導(dǎo)放大器的輸出 端連接PM0S管P4的柵極；
[0017] PM0S管P3的源級和PM0S管P4的源級均接電源；
[0018] PM0S管P3的漏極分別連接NM0S管N2的漏極、NM0S管N3的漏極以及NM0S管N3 的柵極；PM0S管P4的漏極分別連接NM0S管N1的漏極和NM0S管N1的柵極；NM0S管N1的 柵極和NM0S管N2的柵極連接，NM0S管N1的源極、NM0S管N2的源極以及NM0S管N3的源 極均接地，其中NM0S管N3的柵極作為電流減法器的輸出端連接震蕩器的輸入端。
[0019] 優(yōu)選的，所述震蕩器包括PM0S管P5、PM0S管P6、PM0S管P7、NM0S管N4、NM0S管 N5、NM0S管N6、電容C1、電容C2、反相器II、反相器12、反相器13、反相器14和反相器15 ;
[0020] NM0S管N4的柵極連接電流減法器的輸出端，PM0S管P5和PM0S管P6的源極分 別接電源，PM0S管P5的漏極和柵極分別與PM0S管P6的柵極連接，PM0S管P5的漏極連接 NM0S管N4的漏極，NM0S管N4的源極接地；PM0S管P6的漏極分別連接NM0S管N5的漏極、 NM0S管N5的柵極和NM0S管N6的柵極，NM0S管N5的源極接地；
[0021 ] PM0S管P7的柵極連接PM0S管P6的柵極，PM0S管P7的漏極和NM0S管N6的漏極 連接，反相器II的輸入端連接PM0S管P7的漏極，反相器II的輸出端連接反相器12和反 相器13的輸入端，反相器12的輸出端通過電容C1連接PM0S管P7的漏極，反相器13的輸 出端分別連接反相器14和反相器15的輸入端，反相器14的輸出端連接PM0S管P7和NM0S 管N6的源極，PMOS管P7的漏極通過電容C2接地；反相器15的輸出端作為震蕩器的輸出 端輸出相應(yīng)頻率的脈沖信號。
[0022] 本實(shí)用新型的第二目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種血氧儀，包括上述所述的具 有溫度補(bǔ)償特性的光頻率轉(zhuǎn)換裝置。
[0023] 本實(shí)用新型光頻率轉(zhuǎn)換裝置的工作原理如下：
[0024] (1)、第一光電二極管D1接收光信號并根據(jù)光強(qiáng)度將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流信號， 然后傳送給第一跨阻放大器；第一光電二極管D2未接收光信號，根據(jù)溫度產(chǎn)生相關(guān)電流信 號，然后傳送給第二跨阻放大器。
[0025] (2)、第一跨阻放大器接收到電流信號后，將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后傳送 給第一跨導(dǎo)放大器；第二跨阻放大器接收到電流信號后，將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后 傳送給第二跨導(dǎo)放大器。
[0026] (3)、第一跨導(dǎo)放大器接收到電壓信號后，按照比例將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號， 并且傳送給電流減法器的其中一個(gè)輸入端，第二跨導(dǎo)放大器接收到電壓信號后，按照比例 將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號，并且傳送給電流減法器的另一個(gè)輸入端；本步驟中第一跨導(dǎo) 放大器輸出的電流信號通過電流減法器PM0S管P3的柵極輸入到電流減法器中；第二跨導(dǎo) 放大器輸出的電流信號通過電流減法器PM0S管P4的柵極輸入到電流減法器中。
[0027](4)、電流減法器將兩個(gè)輸入端接收到的電流信號進(jìn)行相減處理，相減處理后得到 溫度補(bǔ)償?shù)碾娏餍盘?，然后傳送給到震蕩器；本步驟中電流減法器通過NM0S管N3的柵極輸 出溫度補(bǔ)償?shù)碾娏餍盘柕秸鹗幤鞯妮斎攵恕?br>[0028] (5)、震蕩器根據(jù)電流減法器輸出的溫度補(bǔ)償電流信號產(chǎn)生相應(yīng)頻率的脈沖信號。
[0029] 本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0030] 本實(shí)用新型裝置包括兩個(gè)光電二極管，其中第一光電二極管用于接收光信號，并 且根據(jù)光強(qiáng)度產(chǎn)生相應(yīng)電流信號，第二光電二極管為不接收光信號，僅根據(jù)溫度產(chǎn)生相關(guān) 電流信號，兩個(gè)光電二極管產(chǎn)生的電流信號分別對應(yīng)傳送到兩個(gè)跨阻放大器進(jìn)行阻抗變 換，通過兩個(gè)跨阻放大器將兩個(gè)光電二極管輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后再分別 傳送到兩個(gè)跨導(dǎo)放大器中，兩個(gè)跨導(dǎo)放大器分別將輸入的電壓信號按照比例轉(zhuǎn)換成電流信 號，然后分別傳送到電流減法器的兩個(gè)輸入端，電流減法器對輸入的兩路信號進(jìn)行相減處 理，以