專利名稱：無低頻失真的隔直流技術及電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電子線路中信號預處理技術。
對于帶有較高直流電位的交流小信號的隔直提取，例如生物醫(yī)學電信號中的心電、腦電、肌電等，現(xiàn)有技術都是采用隔直流電容除去這些比有用信號大得多的直流電位，由于生物醫(yī)學電信號低端頻率往往很低，因此采用電容隔直將不可避免地引起低頻失真。同時，在電極電位變化時，(例如心電檢測中導程切換時)直流恢復時間較長，還會引起描筆出格(由于直流電位大幅度變化，導致超出動態(tài)范圍)，圖形失落，甚至打壞記錄筆。
本發(fā)明用動態(tài)預置直流電位來抵消信號中的高直流電位而起到隔直作用，從而提供一種能無低頻失真?zhèn)鬏攷в懈咧绷麟娢坏慕涣餍⌒盘柕母糁绷骷夹g及電路。
本發(fā)明的技術方案如

圖1所示。
具體描述如下時鐘脈沖CK通過門控電路5在開關信號K的控制下，對信號跟蹤電路3及直流電平平衡電路4進行交替計數(shù)，電路3及電路4的輸出信號通過加法電路2相加后與輸入信號Vi進行比較，比較器1的輸出信號U/D作為電路3及電路4的可逆計數(shù)控制信號，以跟蹤及逼近輸入信號Vi中的交流小信號及直流電位。該技術方案中，時鐘脈沖Ck首先對電路4進行計數(shù)，并使電路3清零，以使加法電路2的輸出達到Vi中的直流電位，然后切換開關信號K，使這直流電位預置固定，并使時鐘脈沖CK對電路3進行可逆計數(shù)，使電路3的輸出信號Vo跟蹤Vi。此時，電路3輸出的Vo信號即為被去掉直流成分的Vi信號，其輸出的數(shù)字信號D即為對應于Vo的數(shù)字量。
本發(fā)明提出的無低頻失真的隔直流技術方案可由下述電路來實現(xiàn)。如圖2所示，該電路由比較器電路6，加法器電路7，數(shù)模轉換電路8，可逆計數(shù)器電路9，數(shù)模轉換電路10，可逆計數(shù)器電路11和控制電路12組成。該電路的工作原理描述如下
時鐘脈沖CK在開關信號K的控制下，通過控制電路12首先對可逆計數(shù)器11進行計數(shù)(同時，可逆計數(shù)器9清零)，計數(shù)器11的輸出作為數(shù)模轉換電路10的數(shù)字輸入信號，并被轉換成模擬信號。通過加法器電路7與輸入信號Vi送入比較器電路6進行比較，比較器6的輸出U/D作為可逆計數(shù)器11的加法或減法計數(shù)的控制信號，從而使得數(shù)模轉換器10的輸出電平逼近輸入信號中相對大的直流電平。然后通過切換開關信號K，使得時鐘脈沖CK通過控制電路對可逆計數(shù)器電路9進行計數(shù)，并停止對可逆計數(shù)器12進行計數(shù)，以保持該直流電位。計數(shù)器電路9的輸出作為數(shù)模轉換電路8的數(shù)字量輸入，數(shù)模轉換電路8的輸出通過加法器電路7與數(shù)模轉換電路10的輸出相加后與輸入信號Vi一起輸入比較器電路6進行比較，比較器電路6的輸出同時作為可逆計數(shù)器電路9的加法或減法計數(shù)器的控制信號，從而使得數(shù)模轉換器8的輸出Vo迅速逼近輸入信號中相對小的交流小信號。這樣數(shù)模轉換器8的輸出Vo就是已被去掉直流電位的輸入信號Vi。同時計數(shù)器電路9的輸出還可作為對應于Vo的數(shù)字量輸出。該電路可作為一般生物醫(yī)學電子儀器的前放電路。
由于在生物醫(yī)學電子測量中，往往需將儀器與人體電隔離，因此，本發(fā)明還可加上由數(shù)模轉換電路13及可逆計數(shù)器電路14組成的與上述組成的前置電路完全隔離的數(shù)據(jù)接收電路來接收上述前置電路的輸出信號。
其工作原理如圖3所示，數(shù)模轉換電路13及可逆計數(shù)器電路14的輸入信號Ck′及U/D可通過光耦、磁耦或電磁耦合等傳輸辦法得到。從圖3中可看出，該電路的結構同圖2中的數(shù)模轉換電路8及可逆計數(shù)器電路9的結構完全相同，實際上當電路8和電路9在跟蹤交流小信號同時，電路13與電路14組成的數(shù)據(jù)接收電路亦同時跟蹤輸入信號，此時從數(shù)模轉換器13的輸出信號Vo即為已被去掉直流成份的輸入信號Vi，而可逆計數(shù)器電路14的輸出數(shù)碼即為所對應的數(shù)字量D。
圖4為本發(fā)明的一種實施方案的原理圖。
比較器comp即為圖2的比較器電路6，運算放大器OA3與電阻R2，R4，R5構成圖2的加法電路7，運算放大器OA1，電阻R1及由R-2R電阻構成的電阻網(wǎng)絡構成圖2中的DAC1，運算放大OA2，電阻R1及由R-2R電阻構成的電阻網(wǎng)絡組成圖2中的DAC2，Count1及Count2為常規(guī)的可逆計數(shù)器，也可用觸發(fā)器等電路來組合成所需的可逆計數(shù)器電路。由與門AND1，AND2及倒相器INT組成了如圖2所示的控制電路12。Vref1為DAC1的參考電壓，該電壓的大小及DAC1的位數(shù)決定了信號跟蹤的動態(tài)范圍及量化精度。Vref2是DAC2的參考電壓，該電壓的大小及DAC2位數(shù)決定了被預置的直流電位的動態(tài)范圍及預置精度。Vref3是DAC3的參考電壓，該電壓的大小及DAC3的位數(shù)決定了系統(tǒng)的增益，即接收電路的輸出Vo的幅度及動態(tài)范圍。
由電阻R6、運算放大器OA4及由R-2R構成的電阻網(wǎng)絡組成了如圖3所示的DAC3和Count3一起構成了如圖3所示的數(shù)據(jù)接收電路。
用于信號傳輸時，可將圖4A所示的電路作為發(fā)送單元，而將圖4B所示電路作為接收單元。發(fā)送單元的輸出信號U/D為一組由0，1碼組成的脈沖序列，其脈沖周期即為時鐘CK的周期T。此脈沖序列可調制射頻、磁場或光強加以傳送。而在接收端，則可用相應的檢測元件對調制信號加以接收、解調而供應Count3作為U/D輸入。接收端的Ck′信號可從上述脈沖序列中分離出來。當然亦可從發(fā)送端用另一獨立通道加以傳送。
本發(fā)明適用于構成高精度的前置放大器，特別是有用的交流小信號被高幅度的無用的直流電平掩蓋的情況，它可消除或大幅度減小直流電平對放大器的影響，而使有用信號逼真地放大和傳送。在生物醫(yī)學信號，如心電、腦電、肌電等前置放大中更為有用。對于這些應用場合，它至少具有下列幾個突出的優(yōu)點1、正如前述，它可以消去由于電極電位(往往比有用信號大數(shù)百倍)對放大器的不利影響，而不存在信號的低頻失真(即可將低半功率點從常規(guī)心電圖的0.05Hz移至0Hz。
2、同時實現(xiàn)模擬與數(shù)字兩種放大輸出，使前放同時實現(xiàn)了模數(shù)轉換的功能，便于用計算機處理信號。
3、有利于構成隔離放大器。由于發(fā)送接收間可籍數(shù)字信號進行信息傳遞，因此比常規(guī)的光耦、磁耦隔離放大器傳輸失真小、精度高。
4、與脈沖編碼調制PCM的數(shù)據(jù)傳輸方式相比。在同樣的信道傳輸速率下，可傳送的信號頻率可提高n倍(n為PCM的碼長)。
5、與常規(guī)的生物電放大器相比，若利用在接收單元DAC3輸出的信號作為記錄器的輸入，則由于DAC3的輸出動態(tài)范圍是已確定的，故而不會出現(xiàn)描筆越出記錄范圍而受損之現(xiàn)象。
6、由于DAC3是由具有給定位數(shù)的計數(shù)器Count3控制的，若遇到過大的生物電信號，則Count3的最高位可能出現(xiàn)溢出，而低位則是連續(xù)逼近信號的。因此利用這個原理構成的生物電放大器，如心電圖機，不會發(fā)生由于基線漂移超越記錄范圍而使被記錄信號失落的現(xiàn)象。
7、由于發(fā)送與接收之間采用的是數(shù)字信號傳遞，傳輸增益可以很方便的加以設定和調節(jié)。改變DAC3的參考電壓Vref即可改變增益。于是利用這種原理構成的生物電放大器，可以不必再設置主放大器。
圖1為本發(fā)明的技術方案2為本發(fā)明的電路原理框3為完全隔離的數(shù)據(jù)接收電路圖4為為本發(fā)明的一種實施方案原理圖
權利要求
1.一種用動態(tài)設置直流電位來抵消無用的直流成份以獲取存在于高直流電位中小信號的技術方案，其特征在于時鐘CK通過門控電路5在開關信號K的控制下，可有選擇地對信號跟蹤電路3或直流電位平衡電路4進行計數(shù)，電路3、電路4的輸出通過加法電路2相加后與輸入信號Vi進行比較，比較電路1的輸出信號U/D作為電路3及電路4的正/負向計數(shù)控制信號，在CK的作用下電路3的輸出可跟蹤輸入信號Vi中的交變的小信號，電路4的輸出可逼近Vi中的直流(電位)。該技術方案中，首先由K控制讓時鐘脈沖CK對電路4進行計數(shù)，并使電路3清零，以使加法電路2的輸出逼近Vi中的直流電位。然后切換開關信號K，使直流電位固定在預置值上而讓電路3計數(shù)，在CK的持續(xù)作用下，由于比較是不斷逐拍進行的，可使電路3的輸出信號V。跟蹤Vi的變化。此時，電路3的輸出Vo即為被消除無用直流成份的有用交流信號。同時電路3中計數(shù)器的狀態(tài)即為對應于Vo的數(shù)字量D。
2.一種用動態(tài)預置直流電位來隔直，以獲取存在于高直流電位中交流小信號的電子線路，其特征在于，它由比較器電路6，加法器電路7，數(shù)模轉換電路8，可逆計數(shù)器9，數(shù)摸轉換電路10，可逆計數(shù)器電路11和控制電路12組成。
3.根據(jù)權利要求2所述的電子線路，其特征在于還可加上完全隔離的數(shù)據(jù)接收電路，以數(shù)據(jù)通信方式進行傳送、接受和恢復成模擬信號，它由數(shù)模轉換電路13及可逆計數(shù)電路14組成，比較器電路6的輸出信號U/D及控制電路12的輸出信號CK′可通過光耦、磁耦或電磁耦合等方法進行傳送而作為可逆計數(shù)器14的輸入。對應的數(shù)字量輸出D可從電路14的輸出得到。模擬量輸出可從數(shù)模轉換器13得到。
全文摘要
本發(fā)明利用動態(tài)預置直流電位來抵消輸入信號中可能存在的較高的直流電位，而用動態(tài)跟蹤來獲取存在于高直流電位中的交流小信號，解決了常用的阻容耦合電路帶來的低頻失真。對生物電信號及一些帶有較大直流電位的交流小信號的隔直提取是一種理想的隔直流前置電路。本發(fā)明還同時能得到對應于無直流電位的交流信號高精度隔離傳輸和在有限的輸出動態(tài)范圍內實現(xiàn)大幅度的輸出。
文檔編號G01R15/00GK1063608SQ9210835
公開日1992年8月19日 申請日期1992年3月19日 優(yōu)先權日1992年3月19日
發(fā)明者方祖祥, 余建國 申請人:方祖祥