專利名稱：記錄人體以及非人體微小信號的直流數(shù)字放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流數(shù)字放大器，確切地說是記錄微小信號的直流數(shù)字放大器。
背景技術(shù)：
人體及非人體生理信號，包括血壓、脈搏、心跳、心電圖(ECG/EKG)、腦電圖(EEG)、肌電圖(EMG)、視網(wǎng)膜電圖(ERG)、眼電圖(EOG)、胃電圖、誘發(fā)電位(evoked potential)、事件相關(guān)電位(ERP)、動作電位(action potential)、膜電位(membrane potential)、離子電位/電流、熒光電流、微弱光電信號、等等，其振幅在微伏(uV)至毫伏(mV)不等，頻率通常在5kHz以下。目前在臨床診斷和生物醫(yī)學(xué)研究中用于記錄這些信號的放大器，其結(jié)構(gòu)為多級放大器(輸入阻抗變換級、前置放大級、隔離放大級、高通濾波級、低通濾波級、交流陷波級、后置放大/衰減級等)，其放大倍數(shù)通常在×1000至×500000倍，其輸出振幅達(dá)到±0.1-±10.0伏特，以滿足顯示、分析、記錄、和采集(acquisition)等要求。
這類放大器有如下問題1.內(nèi)部噪聲大。模擬放大器件的內(nèi)部隨機噪聲可用公式Et＝2√(KTBRs)來描述(K波茲曼常數(shù)，T絕對溫度，B放大器帶寬，Rs輸入內(nèi)阻)。由于每級模擬放大器/濾波器均產(chǎn)生內(nèi)部噪聲，在相同器件條件下，多級模擬放大電路的總和內(nèi)部噪聲將遠(yuǎn)大于單/雙級模擬放大電路的內(nèi)部噪聲。多極模擬放大電路所需要的外周元件(如阻容元件等)亦加添隨機噪聲。此外，多極模擬放大比單/雙級模擬放大需要更大的功耗，其電路板設(shè)計需要更大空間，因此也更容易引入噪聲。即使一個設(shè)計優(yōu)良的模擬放大器，其內(nèi)部噪聲水平在5-20uV(RMS)或更高。通常模擬放大器的RMS在50uV左右，用于微伏級的微小信號放大時引入比信號更大的噪聲。
2.信號失真大。由于每一級模擬放大器/濾波器均產(chǎn)生失真，多極模擬放大電路亦比單/雙級模擬放大電路的信號失真大。
3.動態(tài)范圍小(約2-3 log units)。以放大倍數(shù)為×10000，工作電壓范圍±10.0V計，這類模擬放大器的最大輸入信號范圍為±1.0mV。如以最小可測輸入信號為±10.0uV計，其動態(tài)范圍Dynamic Range＝最大輸入信號范圍/最小可測輸入信號＝1.0mV/10.0uV＝100，即2 log units。如果放大器的放大倍數(shù)更高，其動態(tài)范圍會更小。對于含有較大直流偏移(offset)的微小人體及非人體生理信號來說，這類放大器的小動態(tài)范圍是無法勝任直流和交流混合的人體及非人體生理信號的放大的。
4.不可記錄毫/微伏級信號所含有的直流成分和近直流的交流信號。由于這類放大器動態(tài)范圍小，直流和交流混合的人體及非人體毫/微伏級生理信號造成放大器飽合而不能被直接放大，所以在實際臨床應(yīng)用及非臨床研究中，這類放大器使用RC模擬直流分離電路去除直流成分，而成為交流放大器，僅僅放大記錄交流部分。然而，任何模擬直流分離電路都使得接近直流的交流成分與直流成分同時喪失，而不能被放大和記錄。這個頻率部分含有的重要人體或生物體信息，因此被丟失。
5.放大器的飽合與恢復(fù)問題。使用模擬電路隔離/分離直流的方法去除直流成分，造成一個嚴(yán)重問題，即比微小信號更大的瞬時擾動(如人體或器官的移動、肌肉的收縮、細(xì)胞膜電位的變化等)可造成放大器飽和/截至或遠(yuǎn)離零點電位。如果隔離/分離直流的頻率較高(例如＞1.0Hz)，放大器在1秒鐘之內(nèi)可恢復(fù)到零點電位附近。然而如果隔離/分離直流的頻率很低(例如＜0.1Hz)，大的瞬時擾動可造成放大器長時間(＞30秒鐘)因飽和/截至而不能工作，使得在臨床及非臨床實驗中記錄這類接近直流的低頻信號(1.0Hz以下)成為不實際。
6.毫伏級信號的直流漂移問題。使用小動態(tài)范圍放大器的另一個嚴(yán)重問題是，當(dāng)記錄信號中有毫伏級直流漂移時，如果隔離/分離直流的頻率很低，放大器會時常出現(xiàn)飽和而停止工作。由于臨床及非臨床實驗中使用的記錄電極存在著直流介面電位及漂移，這類放大器無法用于低頻率信號的放大和記錄。
7.易受干擾。目前市場上用于臨床及非臨床人體及非人體生理信號記錄的放大器，特別是多通道放大器，輸出為模擬(analog)信號方式，耗電多(＞10W)，體積大(＞10×10×20cm^3)，并且易受工頻(50/60Hz)的干擾，因此導(dǎo)致記錄的信號品質(zhì)下降，甚至無法用于分析和診斷。同時，多通道(如16通道)模擬放大器裝置由于體積大功耗大也無法成為便攜式進(jìn)入病患者的家庭。
目前幾乎所有的生物醫(yī)學(xué)信號放大器都無例外地輸出至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后在計算機上顯示、分析、記錄、和儲存。模數(shù)轉(zhuǎn)換器按轉(zhuǎn)換原理分為逐次逼近型(SAR)方式和Delta-Sigma方式，前者技術(shù)已成熟多年，精度以12-16位最為常用，轉(zhuǎn)換速度快，但在轉(zhuǎn)換速度接近信號頻率時易出現(xiàn)偽信號效應(yīng)(signalaliasing)。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)并不能通過疊加平均來提高微小信號的信噪比，因為微小信號接近位噪聲時，疊加平均不能有效減少位噪聲水平。后者為近年出現(xiàn)的新模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，轉(zhuǎn)換精度可達(dá)24位，其內(nèi)部時鐘頻率遠(yuǎn)高于模數(shù)轉(zhuǎn)換速度，因此即使轉(zhuǎn)換速度接近信號頻率時也沒有偽信號效應(yīng)的問題，但其轉(zhuǎn)換速度通常比逐次逼近型慢。目前各種生物醫(yī)學(xué)信號放大器所關(guān)聯(lián)的模擬轉(zhuǎn)換裝置均為這兩種類型。由于這些生物醫(yī)學(xué)信號放大器動態(tài)范圍較小，實際有效的模數(shù)轉(zhuǎn)換精度僅在12-14位，限制了高精度(16-24位或更高)模數(shù)轉(zhuǎn)換的功用。
如果使用低模數(shù)轉(zhuǎn)換速度，通道間滯后時間(1ag time)效應(yīng)對低頻(DC-100Hz)生物醫(yī)學(xué)信號分析的影響變得明顯，例如當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換速度為100sps時，通道間的滯后時間為10mS。特別是多通道情況下，第一個通道與最后一個通道的滯后時間甚至大于最后一個通道與下一個采樣點的時間，例如，當(dāng)16個通道采樣時，第一通道與第十六通道的時間差為150mS。這樣的通道間時間差異對于測量時間相關(guān)事件(time-lockedevents)是不準(zhǔn)確的，而目前幾乎所有的多通道生物醫(yī)學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器件都存在這個問題。
模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號數(shù)據(jù)可被輸送至計算機或其他設(shè)備而不會被進(jìn)一步加添模擬噪聲。如果放大器裝置本身沒有模擬轉(zhuǎn)換器，模擬信號通常被輸出至裝在計算機或其他設(shè)備上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這種連接有可能進(jìn)一步加添模擬噪聲。而安裝在計算機或其他設(shè)備上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，則受限于計算機種類(臺式或筆記本式)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接口方式(如ISA、PCI、PCMCIA、USB等)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的指標(biāo)(如轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度、通道數(shù)等)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動程序等條件。
人體及非人體生理信號的信號源阻抗隨不同的測量而不同，使用皮膚電極或其他接觸電極記錄人體或動物體信號時，其阻抗大約在20千-50千歐姆。如果使用細(xì)小電極(如針電極、絲電極、微電極等)，其阻抗可在1-50兆歐姆以上。信號源阻抗過大提示電極接觸或連接不良，將影響紀(jì)錄結(jié)果，需要檢查并排除電極接觸或連接不良的原因。目前用于人體及非人體生理信號的放大器多數(shù)無信號源內(nèi)阻的阻抗測量，部分先進(jìn)的放大器裝置，配備有交變恒流源，可加在放大器的輸入端通過電極連接至信號源，然后測量信號源的交變電壓值。由電壓值和恒流源即可算出信號源的內(nèi)阻。這種阻抗測量方法的最大問題是交變恒流源必須使用小電流(＜100uA)，否則時間累積的電解效應(yīng)將造成生物組織破壞，甚至?xí)蓴_心臟和神經(jīng)系統(tǒng)功能而導(dǎo)致生命危險。但交變恒流源的電流過小，又會因信號源的信號干擾交變電壓值，使測量結(jié)果誤差增大。因此，這類阻抗測量方法的測量范圍小，測量結(jié)果不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種體積小、功耗小、便攜式記錄人體以及非人體微小信號的直流數(shù)字放大器。
具體的技術(shù)方案如下1、記錄人體以及非人體微小信號的直流數(shù)字放大器，其特征包括阻抗變換器、通道選擇器U1、全差分放大器U6、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機U2，還包括數(shù)字直流分離單元和阻抗脈沖開關(guān)單元；A、所述阻抗變換器由17個超低噪聲低功耗場效應(yīng)三極管T1-T17組成，17個超低噪聲低功耗場效應(yīng)三極管的柵極分別為信號輸入端，17個超低噪聲低功耗場效應(yīng)三極管的源極輸出端分別連接著通道選擇器U1的17個模擬輸入端；B、通道選擇器U1的輸出端通過電阻R18、R19連接著全差分放大器U6的輸入端，與電阻R20、R21連接構(gòu)成低放大倍數(shù)的全差分放大；C、全差分放大器U6的輸出端連接著通道選擇器U1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端；D、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端連接著單片機U2的數(shù)據(jù)輸入接口；單片機U2的端口D+/D-作為USB2.0仿真高速串行數(shù)據(jù)口(COM)傳輸人體及非人體生理信號數(shù)據(jù)，其高速串行口，即Rx口和Tx口或并行口，即Port D口和控制線，與LAN、高速光纖、或高速RF無線、觸摸屏LCD顯示面板、閃存記憶體接口等模塊相連接，實現(xiàn)多種方式的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示、和數(shù)據(jù)儲存；E、所述數(shù)字直流分離單元包括數(shù)字電位器U5、光電隔離器U7、電容C37、C38和5個電阻R24-R28，數(shù)字電位器U5的數(shù)字控制輸入端與光電隔離器U7的輸出端連接，光電隔離器U7的輸入端與單片機U2的數(shù)據(jù)輸出端連接，數(shù)字電位器U5的電位輸出端與全差分放大器U6的輸出共模電壓控制端連接，數(shù)字電位器U5的電位器高端(A端)和低端(B端)分別連接正、負(fù)電源；電容C37的一端連接數(shù)字電位器U5的電位器輸出端，另一端接電源正極；電容C38的一端連接數(shù)字電位器U5的電位器輸出端，另一端接電源負(fù)極；電阻R24、R25作為限流電阻分別連接在光電隔離器U7的輸出端與電源之間；電阻R26、R27、R28連接在單片機U2的輸出端與光電隔離器U7的輸入端之間；F、所述阻抗脈沖開關(guān)單元包括電阻R22和16個電容C1-C16；電阻R22的一端與電源正極連接，另一端與16個電容C1-C16的一端連接，16個電容C1-C16的另一端分別與信號輸入通道16個接口相連；同時，電阻R22與16個電容C1-C16的連接端連接著光電隔離器U7的輸出端，光電隔離器U7的輸入端通過電阻R26與單片機U2的數(shù)據(jù)輸出口連接。
所述通道選擇器U1為ADS1258，單片機U2為PIC18LF4550，數(shù)字電位器U5為AD5245，全差分放大器U6為OPA1632。
本實用新型的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在幾個方面1、內(nèi)部噪聲小、失真小、動態(tài)范圍大、純直流信號放大、無低頻信號成分損失、無放大器的直流漂移、截止/飽合與恢復(fù)問題、抗工頻干擾能力大大加強、有利于微伏級的微小信號記錄、有利于緩慢信號(＜0.1Hz)的記錄、數(shù)字信號處理更利于結(jié)果分析，所以特別適合于臨床及非臨床微小信號的放大和記錄。使用本裝置不僅能大大地舒緩微小信號記錄的難度和對環(huán)境干擾的要求，還能使目前用傳統(tǒng)模擬放大器不可能記錄到的信號(如dcERG、dcEOG、dcEEG、dcEGG等)成為能夠記錄。
2、由于本裝置耗電少(＜300mW)，使用4節(jié)可充電2200mAh五號鎳氫金屬電池供電可持續(xù)工作達(dá)40小時，與傳統(tǒng)16通道模擬放大器相比，耗電在十分之一以下。這不僅有助于電池供電的長時間動態(tài)記錄，也有助于本裝置的多模塊組合，以滿足多通道(＞100)記錄條件下對每個通道耗電的限制。
3、本裝置為體積小(約10×8×2cm＾3)輕重量(＜300克)，裝配成由電池/外接電源供電的便攜式裝置，可以應(yīng)用于臨床病人的遠(yuǎn)程記錄和遠(yuǎn)程診斷。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)框圖，圖2為本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，通過實施例對本實用新型作進(jìn)一步地說明。
實施例記錄人體以及非人體微小信號的直流數(shù)字放大器包括阻抗變換器、通道選擇器U1(ADS1258)、全差分放大器U6(OPA1632)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機U2(PIC18LF4550)，還包括數(shù)字直流分離單元電路和阻抗脈沖開關(guān)單元電路，見圖1、圖2。
(1)、阻抗變換器由17個超低噪聲低功耗場效應(yīng)三極管T1-T17組成，17個超低噪聲低功耗場效應(yīng)三極管的柵極分別為信號輸入端，17個超低噪聲低功耗場效應(yīng)三極管的源極輸出端分別連接著通道選擇器U1的17個模擬輸入端；本裝置創(chuàng)用超低噪聲(＜2.5nV/√Hz)低功耗場效應(yīng)三極管提高輸入阻抗至＞50兆歐姆，使直流數(shù)字放大器的輸入阻抗?jié)M足各種人體及非人體微小信號的高輸入阻抗的要求。采用雙級放大器件，即低噪聲輸入阻抗變換級+低噪聲全差分?jǐn)?shù)字直流分離放大級，創(chuàng)用低放大倍數(shù)(＜×100)實現(xiàn)大動態(tài)輸入范圍(＞5 log units)，以最大限度減少本裝置的內(nèi)部噪聲和功耗，使其內(nèi)部噪聲水平的均方根(RMS)＜0.5uV(DC-100Hz)；其輸出阻抗設(shè)計為20千歐姆，并聯(lián)電容器以衰減20千赫茲以上的高頻成分。
(2)、通道選擇器U1的輸出端通過電阻R18、R19連接著全差分放大器U6的輸入端；唯一的放大級用全差分輸入輸出放大器U6(OPA1632)實現(xiàn)，其放大倍數(shù)設(shè)定為100倍，將微小信號的頻率范圍從直流至20千赫茲進(jìn)行無任何濾波放大，并采用數(shù)字電位器U5(AD5245)連接U6的輸出共模(0CM)電壓控制來實現(xiàn)直流偏量分離，使放大器的直流動態(tài)范圍達(dá)到2000mV以上，(3)、全差分放大器U6的輸出端連接著通道選擇器U1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端；本裝置創(chuàng)用高速(120k sps)高精度(24位)模數(shù)轉(zhuǎn)換方式，其數(shù)字位噪聲(bit noise)水平＜10nV，使其最小可測信號在±1.0uV時相對內(nèi)部噪聲的信噪比(SNR)＞2.0(DC-100Hz)，其交流輸入動態(tài)范圍＞±100mV；在高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換條件下，創(chuàng)用固件程序疊加平均方法，來實現(xiàn)低速(200sps或更低)模數(shù)轉(zhuǎn)換方式，使通道間滯后時間小于30uS，16通道最大滯后時間小于500uS，噪聲水平低于均方根0.1uV；
(4)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端連接著單片機U2的數(shù)據(jù)輸入接口；單片機U2的端口D+/D-作為USB2.0仿真高速串行數(shù)據(jù)口(COM)傳輸人體及非人體生理信號數(shù)據(jù)，其的高速串行口，即Rx口和Tx口或并行口，即Port D口和控制線與LAN、高速光纖、或高速RF無線、觸摸屏LCD顯示面板、閃存記憶體接口模塊相連接，實現(xiàn)多種方式的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示、和數(shù)據(jù)儲存；本裝置創(chuàng)用USB2.0仿真高速串行數(shù)據(jù)口(COM)進(jìn)行數(shù)字化的人體及非人體生理信號數(shù)據(jù)的傳輸，凡使用串行數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣的應(yīng)用程序，均可直接通過此仿真串行數(shù)據(jù)接口使用本裝置，從而避免復(fù)雜的USB驅(qū)動程序的開發(fā)和安裝；(5)、所述數(shù)字直流分離單元電路包括數(shù)字電位器U5(AD5245)、光電隔離器U7、電容C37、C38和5個電阻R24-R28，數(shù)字電位器U5的輸入端與光電隔離器U7的輸出端連接，光電隔離器U7的輸入端與單片機U2的數(shù)據(jù)輸出端連接，數(shù)字電位器U5的電位輸出端與全差分放大器U6的輸出共模電壓控制端連接，數(shù)字電位器U5的電位器高端和低端分別連接正、負(fù)電源；電容C37的一端連接數(shù)字電位器U5的電位器輸出端，另一端接電源正極；電容C38的一端連接數(shù)字電位器U5的電位器輸出端，另一端接電源負(fù)極；電阻R24、R25作為限流電阻分別連接在光電隔離器U7的輸出端與電源之間；電阻R26、R27、R28連接在單片機U2的輸出端與光電隔離器U7的輸入端之間；本裝置創(chuàng)用數(shù)字直流分離單元電路，以分離信號中的純直流成分，使本裝置的直流動態(tài)范圍達(dá)到±2500mV，同時完全不衰減任何近直流的交流信號，使得所有低頻生物信號包括直流以及近直流(DC-20kHz)的微小信號被放大、采集、顯示、和記錄；F、所述阻抗脈沖開關(guān)單元包括電阻R22和16個電容C1-C16；電阻R22的一端與電源正極連接，另一端與16個電容C1-C16的一端連接，16個電容C1-C16的另一端分別與信號輸入通道16個接口相連；同時，電阻R22與16個電容C1-C16的連接端連接著光電隔離器U7的輸出端，光電隔離器U7的輸入端通過電阻R26與單片機U2的數(shù)據(jù)輸出口連接。
本裝置創(chuàng)用低功耗(＜50mW)單片16通道高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片完成多達(dá)16通道的人體以及非人體生理微小信號的記錄；采用脈沖時間常數(shù)方法測量信號源阻抗，其測量范圍為15千-99兆歐姆，測量1至16任意通道，直接輸出數(shù)字化阻抗值數(shù)據(jù)。
本裝置的輸出為全數(shù)字式，其接口為高速串行(含USB2.0)、高速并行、LAN、高速光纖、或高速RF無線(含Wi-Fi和Bluetooth)等任何一種方式，直接與計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
本裝置直接通過觸摸屏LCD顯示面板控制并顯示數(shù)據(jù)，并可將數(shù)據(jù)直接記錄在放大器配接的閃存記憶體(Flash Memory，含CF/SD/MMC等格式)。閃存記憶體可另接存讀接口，將記錄在閃存記憶體內(nèi)的數(shù)據(jù)復(fù)制到計算機上，進(jìn)行顯示、分析、和貯存等操作。
本裝置的工作原理如下微控制器U2通過USB口、串行口、并行口等接受用戶要求指令，并控制模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集過程。信號輸入可為單通道或多通道，開放的通道數(shù)由微控制器U2的控制指令決定。數(shù)據(jù)采集開始后，微控制器U2通過數(shù)據(jù)輸出控制口將數(shù)據(jù)采集控制指令傳輸至通道選擇器U1，通道選擇器U1選擇相應(yīng)的通道，并開始模數(shù)轉(zhuǎn)換；微控制器U2通過數(shù)據(jù)輸入口將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)取出并存入隨機讀寫內(nèi)存(RAM)，通道選擇器U1選擇下一個通道開始模數(shù)轉(zhuǎn)換，直至所有開放通道的數(shù)據(jù)采集完畢，然后開始下一組數(shù)據(jù)采集。當(dāng)要求的數(shù)據(jù)采樣頻率低于通道選擇器U1的最高采樣頻率時(即較慢的采樣頻率時)，通道選擇器U1每采集一組數(shù)據(jù)即與相應(yīng)通道的數(shù)據(jù)疊加，并存入隨機讀寫內(nèi)存，其通道間滯后時間(1ag time)計算關(guān)系為T＝模數(shù)轉(zhuǎn)換時間T1+通道轉(zhuǎn)換時間T2。如總開放通道數(shù)為N，每個通道的疊加次數(shù)為M，則多通道的采樣頻率SPS＝1/(T*N*M)。
本裝置創(chuàng)用脈沖時間常數(shù)方法測量信號源阻抗，使用16個電容C1-C16通過電阻R22與電源相連接構(gòu)成RC電路，由微控制器U2經(jīng)光電隔離器U7控制RC電路的電平轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生在電平轉(zhuǎn)換的瞬間16個電容C1-C16經(jīng)歷一次正負(fù)電源(+2500mV)充/放電過程，其電壓衰減服從時間常數(shù)t＝RC(R信號源阻抗，C電容器容量)。微控制器U2經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換取得R上的電壓數(shù)據(jù)，并分析電壓衰減特征，根據(jù)公式v＝Ve＾(-t/RC)直接計算出生物信號源的阻抗R。
權(quán)利要求1.記錄人體以及非人體微小信號的直流數(shù)字放大器，其特征在于阻抗變換器、通道選擇器U1、全差分放大器U6、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機U2，還包括數(shù)字直流分離單元和阻抗脈沖開關(guān)單元；A、所述阻抗變換器由17個超低噪聲低功耗場效應(yīng)三極管T1-T17組成，17個超低噪聲低功耗場效應(yīng)三極管的柵極分別為信號輸入端，17個超低噪聲低功耗場效應(yīng)三極管的源極輸出端分別連接著通道選擇器U1的17個模擬輸入端；B、通道選擇器U1的輸出端通過電阻R18、R19連接著全差分放大器U6的輸入端，與電阻R20、R21連接構(gòu)成低放大倍數(shù)的全差分放大；C、全差分放大器U6的輸出端連接著通道選擇器U1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端；D、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端連接著單片機U2的數(shù)據(jù)輸入接口；單片機U2的端口D+/D一作為USB2.0仿真高速串行數(shù)據(jù)口(COM)傳輸人體及非人體生理信號數(shù)據(jù)，其高速串行口，即Rx口和Tx口或并行口，即Port D口和控制線，與LAN、高速光纖、或高速RF無線、觸摸屏LCD顯示面板、閃存記憶體接口等模塊相連接，實現(xiàn)多種方式的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示、和數(shù)據(jù)儲存；E、所述數(shù)字直流分離單元包括數(shù)字電位器U5、光電隔離器U7、電容C37、C38和5個電阻R24-R28，數(shù)字電位器U5的數(shù)字控制輸入端與光電隔離器U7的輸出端連接，光電隔離器U7的輸入端與單片機U2的數(shù)據(jù)輸出端連接，數(shù)字電位器U5的電位輸出端與全差分放大器U6的輸出共模電壓控制端連接，數(shù)字電位器U5的電位器高端(A端)和低端(B端)分別連接正、負(fù)電源；電容C37的一端連接數(shù)字電位器U5的電位器輸出端，另一端接電源正極；電容C38的一端連接數(shù)字電位器U5的電位器輸出端，另一端接電源負(fù)極；電阻R24、R25作為限流電阻分別連接在光電隔離器U7的輸出端與電源之間；電阻R26、R27、R28連接在單片機U2的輸出端與光電隔離器U7的輸入端之間；F、所述阻抗脈沖開關(guān)單元包括電阻R22和16個電容C1-C16；電阻R22的一端與電源正極連接，另一端與16個電容C1-C16的一端連接，16個電容C1-C16的另一端分別與信號輸入通道16個接口相連；同時，電阻R22與16個電容C1-C16的連接端連接著光電隔離器U7的輸出端，光電隔離器U7的輸入端通過電阻R26與單片機U2的數(shù)據(jù)輸出口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄人體以及非人體微小信號的直流數(shù)字放大器，其特征在于所述通道選擇器U1為ADS1258，單片機U2為PIC18LF4550，數(shù)字電位器U5為AD5245，全差分放大器U6為OPA1632。
專利摘要本實用新型涉及微小信號的直流數(shù)字放大器。所要解決的的問題是提供一種體積小、功耗小、便攜式記錄人體以及非人體微小信號的直流數(shù)字放大器。特點是包括阻抗變換器、通道選擇器U1、全差分放大器U6、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機U2，還包括數(shù)字直流分離單元和阻抗脈沖開關(guān)單元。由于本裝置耗電少，使用4節(jié)可充電2200mAh五號鎳氫金屬電池供電可持續(xù)工作達(dá)40小時，使用外接電源則可持續(xù)更長時間；其重量輕，小于300克，可以應(yīng)用于臨床病人的遠(yuǎn)程記錄和遠(yuǎn)程診斷。
文檔編號G06F3/00GK2915032SQ20062007179
公開日2007年6月27日 申請日期2006年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月20日
發(fā)明者曹陽 申請人:曹陽