用于可穿戴设备的心电信号检测芯片制造技术

本发明专利技术提供一种用于可穿戴设备的心电信号检测芯片，包括：前置放大器接收心电检测电极采集的双端输入的心电信号，对心电信号进行放大生成一级放大信号，并将一级放大信号传输至后级放大器；后级放大器将一级放大信号转换为单端信号，对单端信号进行放大生成二级放大信号，并将二级放大信号传输至RC高通滤波器；RC高通滤波器对二级放大信号进行高通滤波处理，生成高通二级放大信号，并将高通二级放大信号传输至二阶Gm-C低通滤波器；二阶Gm-C低通滤波器对高通二级放大信号进行低通滤波处理，生成带通滤波信号，并将带通滤波信号传输至缓冲器，进行缓冲暂存并输出；电源管理模块用以提供电源电压及基准电压。

ECG signal detection chip for wearable device

The present invention provides a method for ECG signal detection chip, wearable devices include: double input ECG signal preamplifier receiving ECG detection electrodes for ECG signal acquisition, amplification to generate a signal amplification, and the amplifier signal to the amplifier stage; a post amplifier amplifier signal conversion for single ended signals of single ended signal amplification to generate two amplification signal and the two amplifying signal to RC high pass filter; high pass filtering of two amplifier signal RC high pass filter, high pass two amplifier signal generation, and Qualcomm two amplifier signal transmission to two low order Gm-C pass filter; low pass filtering of high pass two amplifier signal two order Gm-C low-pass filter, band-pass filter to generate signals, and band-pass filter signal transmission to the buffer, Buffer, temporary storage and output; the power management module is used to provide the power supply voltage and reference voltage.

【技术实现步骤摘要】
用于可穿戴设备的心电信号检测芯片
本专利技术是关于一种心电信号检测技术，具体地，是关于一种用于可穿戴设备的心电信号检测芯片。
技术介绍
心电图(ECG)记录心脏电位活动，为心血管疾病的研究和诊断提供关键的信息。在早期心脏病监测中，一次心电图难以捕捉到有效的诊断依据，动态心电图(DCG)可连续记录24小时心电活动的全过程，能够发现常规的一次心电图不易发现的心律失常和心肌缺血等症状，是临床分析病情、确立诊断、判断疗效的重要客观依据，DCG能够实现长期实时监测患者的健康状况能够长期实时检测。传统的ECG检测设备(12leadorEinthoven'striangle)要求患者不得不长时间地在医院里进行实时监测，给患者的日常生活带来不便，并且增加医疗成本。可穿戴医疗设备允许患者在日常生活中进行经过科学设计的个性化健康管理，避免看急诊和住院治疗，减少就医次数，从而可降低费用和人力成本。随着人们对自身健康的关注度提高，可穿戴医疗设备有更加广泛的需求基础，健康医疗设备就会成为必需消费品。国内可穿戴设备中的核心传感器技术、低功耗处理芯片及后端精准的生理信号分析方法与发达国家相比还有较大的差距。目前市场上ECG采集芯片主要集中在国外的公司，如TI，ADI和Neurosky，但过高的功耗(供应电压>2V,供应电流>100uA)对于可穿戴设备的应用是急需解决的关键问题，并且大的电子元器件(电容，电阻)会消耗过多的芯片面积。国内虽报道有一种全集成的商业化单通道ECG采集芯片，但该芯片消耗过高的功耗(150uA)，电路结构中的低通滤波器采用传统的Gm-C结构，需要大的滤波电容，占用过多的芯片面积，并且输入阻抗(100MΩ)无法满足干电极的使用要求。
技术实现思路
本专利技术实施例的主要目的在于提供一种用于可穿戴设备的心电信号检测芯片，以在实现低功耗、低噪声工作的同时，减小了芯片面积。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种用于可穿戴设备的心电信号检测芯片，所述的心电信号检测芯片包括：前置放大器、后级放大器、RC高通滤波器、二阶Gm-C低通滤波器、缓冲器及电源管理模块，其中，所述前置放大器接收心电检测电极采集的双端输入的心电信号，对所述心电信号进行放大生成一级放大信号，并将所述一级放大信号传输至所述的后级放大器；所述后级放大器将所述一级放大信号转换为单端信号，对所述单端信号进行放大生成二级放大信号，并将所述二级放大信号传输至所述的RC高通滤波器；所述RC高通滤波器对所述二级放大信号进行高通滤波处理，生成高通二级放大信号，并将所述高通二级放大信号传输至所述二阶Gm-C低通滤波器；所述二阶Gm-C低通滤波器对所述高通二级放大信号进行低通滤波处理，生成带通滤波信号，并将所述带通滤波信号传输至所述的缓冲器，进行缓冲暂存，并输出所述带通滤波信号；所述电源管理模块分别与所述的前置放大器、后级放大器、RC高通滤波器、二阶Gm-C低通滤波器及缓冲器链接，用以提供电源电压及基准电压。在一实施例中，上述的心电信号检测芯片还包括：右腿驱动电路模块，所述右腿驱动电路模块连接于所述心电检测电极及前置放大器之间，用以检测所述心电信号的共模电压并反馈回人体，以降低工模干扰。在一实施例中，上述的心电信号检测芯片还包括：导联脱落检测模块，所述导联脱落检测模块连接于所述心电检测电极及前置放大器之间，用以检测导联的连接状态。进一步地，上述的导联脱落检测模块包括：电阻、PMOS管及比较器，其中，两个所述比较器分别由二级放大器组成，各所述比较器分别将所述心电检测电极采集的心电信号与一参考电压进行比较，当输出逻辑为高电平时，判定所述导联的连接不正常。在一实施例中，上述的前置放大器为全差分结构，所述前置放大器包括仪表放大器、电容及PMOS伪电阻，所述仪表放大器采用反相器输入结构，用以增强跨导、降低输入噪声；所述仪表放大器及四个所述电容组成电容比例放大电路，并与跨接于所述仪表放大器上的所述PMOS伪电阻构成高通滤波结构，用以进行截止频率为fh＝1/2πRC2的高通滤波；其中，R为所述PMOS伪电阻，C2为所述电容。在一实施例中，上述的前置放大器的传递函数为：AV＝RC1s/(1+C2s)，其中，C1＝C2。在一实施例中，上述的二阶Gm-C低通滤波器采用基于电流传输结构CCII，用以进行截止频率为)的低通滤波，所述二阶Gm-C低通滤波器的传递函数为：其中，rcc为平行等效电阻，Ro为等效输出阻抗，α为跟踪误差因子，β为电流增益。本专利技术实施例的有益效果在于，可使得功耗噪声得到有效的改善，且可实现高增益，并有效减小硅片面积。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为根据本专利技术实施例的用于可穿戴设备的心电信号检测芯片的结构示意图；图2为根据本专利技术另一实施例的用于可穿戴设备的心电信号检测芯片的结构示意图；图3为根据本专利技术实施例的右腿驱动电路模块的电路结构示意图；图4为根据本专利技术实施例的导联脱落检测模块的电路原理结构示意图；图5A及图5B为根据本专利技术实施例的仪表放大器的结构示意图；图5C为根据本专利技术实施例的前置放大器的电路原理结构示意图；图6A及图6B为根据本专利技术实施例的后级放大器的电路原理结构示意图；图7A及图7B为根据本专利技术实施例的Gm-C低通滤波器的电路原理结构示意图；图8为根据本专利技术实施例的心电信号检测芯片的版图；图9为根据本专利技术实施例的心电信号检测芯片的增益-频率响应波特图；图10为根据本专利技术实施例的心电信号检测芯片的电路信号瞬态分析结果示意图；图11为根据本专利技术实施例的心电信号检测芯片的输入参考噪声密度与频率的关系示意图；图12为根据本专利技术实施例的心电信号检测芯片的输入阻抗与频率的关系示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供一种用于可穿戴设备的心电信号检测芯片。以下结合附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术实施例提供一种用于可穿戴设备的心电信号检测芯片，如图1所示，该心电信号检测芯片主要包括：前置放大器1、后级放大器2、RC高通滤波器3、二阶Gm-C低通滤波器4、缓冲器5及电源管理模块6等。其中，前置放大器1接收心电检测电极采集的双端输入的心电信号，对心电信号进行放大生成一级放大信号，并将一级放大信号传输至后级放大器2；后级放大器2将一级放大信号转换为单端信号，对单端信号进行放大生成二级放大信号，并将二级放大信号传输至RC高通滤波器3；RC高通滤波器3对二级放大信号进行高通滤波处理，生成高通二级放大信号，并将高通二级放大信号传输至二阶Gm-C低通滤波器4；二阶Gm-C低通滤波器4对高通二级放大信号进行低通滤波处理，生成带通滤波信号，并将带通滤波信号传输至缓冲器5，进行缓冲暂存，并输出带通滤波信号；电源管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可穿戴设备的心电信号检测芯片，其特征在于，所述的心电信号检测芯片包括：前置放大器、后级放大器、RC高通滤波器、二阶Gm‑C低通滤波器、缓冲器及电源管理模块，其中，所述前置放大器接收心电检测电极采集的双端输入的心电信号，对所述心电信号进行放大生成一级放大信号，并将所述一级放大信号传输至所述的后级放大器；所述后级放大器将所述一级放大信号转换为单端信号，对所述单端信号进行放大生成二级放大信号，并将所述二级放大信号传输至所述的RC高通滤波器；所述RC高通滤波器对所述二级放大信号进行高通滤波处理，生成高通二级放大信号，并将所述高通二级放大信号传输至所述二阶Gm‑C低通滤波器；所述二阶Gm‑C低通滤波器对所述高通二级放大信号进行低通滤波处理，生成带通滤波信号，并将所述带通滤波信号传输至所述的缓冲器，进行缓冲暂存，并输出所述带通滤波信号；所述电源管理模块分别与所述的前置放大器、后级放大器、RC高通滤波器、二阶Gm‑C低通滤波器及缓冲器链接，用以提供电源电压及基准电压。

【技术特征摘要】
1.一种用于可穿戴设备的心电信号检测芯片，其特征在于，所述的心电信号检测芯片包括：前置放大器、后级放大器、RC高通滤波器、二阶Gm-C低通滤波器、缓冲器及电源管理模块，其中，所述前置放大器接收心电检测电极采集的双端输入的心电信号，对所述心电信号进行放大生成一级放大信号，并将所述一级放大信号传输至所述的后级放大器；所述后级放大器将所述一级放大信号转换为单端信号，对所述单端信号进行放大生成二级放大信号，并将所述二级放大信号传输至所述的RC高通滤波器；所述RC高通滤波器对所述二级放大信号进行高通滤波处理，生成高通二级放大信号，并将所述高通二级放大信号传输至所述二阶Gm-C低通滤波器；所述二阶Gm-C低通滤波器对所述高通二级放大信号进行低通滤波处理，生成带通滤波信号，并将所述带通滤波信号传输至所述的缓冲器，进行缓冲暂存，并输出所述带通滤波信号；所述电源管理模块分别与所述的前置放大器、后级放大器、RC高通滤波器、二阶Gm-C低通滤波器及缓冲器链接，用以提供电源电压及基准电压。2.根据权利要求1所述的用于可穿戴设备的心电信号检测芯片，其特征在于，所述的心电信号检测芯片还包括：右腿驱动电路模块，所述右腿驱动电路模块连接于所述心电检测电极及前置放大器之间，用以检测所述心电信号的共模电压并反馈回人体，以降低工模干扰。3.根据权利要求1所述的用于可穿戴设备的心电信号检测芯片，其特征在于，所述的心电信号检测芯片还包括：导联脱落检测模块，所述导联脱落检测模块连接于所述心电检测电极及前置放大器之间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，胡宗杰，万季崟，李烨，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44