生理信号调理电路和生理信号采集系统技术方案

本发明专利技术提供一种生理信号调理电路和生理信号采集系统。该生理信号调理电路包括顺序连接的第一放大电路、直流消除电路、第二放大电路和电荷保持电路。第一放大电路的输入端连接到生理信号检测模块的输出端。电荷保持电路的输出端连接到ADC的输入端。生理信号检测模块用于对待检测对象进行检测并输出生理信号。根据本发明专利技术提供的生理信号调理电路和生理信号采集系统，由于采用了电荷保持电路，因此后续的ADC的有效采样时间大大增加，使得本发明专利技术能够在实现高分辨率、高精度的模数转换的同时降低功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号处理领域，具体地，涉及一种生理信号调理电路和生理信号采集系统。
技术介绍
为了解人们的身体健康状况，经常需要对一些生理信号进行采集。例如，心电(ECG)信号和脉搏波(PPG)信号是重要的生理信号，它们包含丰富的人体生理和病理信息，能够反映人体心血管系统的健康状况。通过对ECG信号和PPG信号进行采集和分析，可以及时了解人体的健康状况。在现有的生理信号采集系统中，通常通过模数转换器(ADC)对采集到的生理信号进行模数转换。由于ADC通常转换速度较低，因此，如果希望得到高有效位(即高ADC精度)，则需要增加ADC的采样时间，进而需要增加生理信号的采集时间，这样会导致生理信号采集系统的功耗较高。因此，需要提供一种信号采集技术，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
技术实现思路
为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供一种生理信号调理电路。该生理信号调理电路包括顺序连接的第一放大电路、直流消除电路、第二放大电路和电荷保持电路。第一放大电路的输入端连接到生理信号检测模块的输出端。电荷保持电路的输出端连接到ADC的输入端。生理信号检测模块用于对待检测对象进行检测并输出生理信号。根据本专利技术的另一方面，提供一种生理信号采集系统。该生理信号采集系统包括生理信号检测模块、生理信号调理电路和ADC。生理信号调理电路包括顺序连接的第一放大电路、直流消除电路、第二放大电路和电荷保持电路。第一放大电路的输入端连接到生理信号检测模块的输出端。电荷保持电路的输出端连接到ADC的输入端。生理信号检测模块用于对待检测对象进行检测并输出生理信号。根据本专利技术提供的生理信号调理电路和生理信号采集系统，由于采用了电荷保持电路，因此后续的ADC的有效采样时间大大增加，使得本专利技术能够在实现高分辨率、高精度的模数转换的同时降低功耗。在
技术实现思路
中引入了一系列简化的概念，这些概念将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。以下结合附图，详细说明本专利技术的优点和特征。【附图说明】本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施方式及其描述，用来解释本专利技术的原理。在附图中，图1示出根据本专利技术一个实施例的生理信号调理电路的示意性框图；图2a示出常规的生理信号调理电路以及关联电路的示意性框图；图2b示出根据本专利技术一个实施例的生理信号调理电路以及关联电路的示意性框图；图3示出在一个示例中在图2a和图2b所示的四个位置处所测量得到的波形图；图4示出根据本专利技术一个实施例的生理信号调理电路以及相关联的ADC和数模转换器(DAC)的示意性框图；图5不出根据本专利技术一个实施例的第一放大电路的电路不意图；图6示出根据本专利技术一个实施例的电荷保持电路的电路示意图；图7示出根据本专利技术一个实施例的驱动电路的电路示意图；以及图8示出根据本专利技术一个实施例的生理信号采集系统的示意性框图。【具体实施方式】在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本专利技术。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本专利技术的较佳实施例，本专利技术可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。根据本专利技术的一个方面，提供一种生理信号调理电路。图1示出根据本专利技术一个实施例的生理信号调理电路100的示意性框图。如图1所示，生理信号调理电路100包括顺序连接的第一放大电路110、直流消除电路120、第二放大电路130和电荷保持电路140。第一放大电路110的输入端连接到生理信号检测模块(未示出)的输出端。电荷保持电路140的输出端连接到ADC(未示出)的输入端。其中，生理信号检测模块用于对待检测对象进行检测并输出生理信号。待检测对象可以是，人身上的待检测部位，例如，人的指尖。生理信号可以是诸如ECG信号、PPG信号等各种合适的生理信号。为描述方便，在下文以PPG信号为例来描述本专利技术的实现方案，可以理解的是，这并非对本专利技术的限制。本领域技术人员可以根据本文的描述理解本专利技术在针对其他生理信号的应用中的实现方式。生理信号检测模块可以包括驱动电路、光发射器和光电探测器(未示出)。驱动电路的输入端可以连接到控制电路(未示出)的输出端。控制电路可以集成在控制单元中，控制单元可以通过专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(FPGA)、数字处理器(DSP)电路等实现。控制电路可以采用控制单元中的逻辑电路来实现。控制电路用于生成控制信号。驱动电路用于在控制信号的控制下生成驱动信号。驱动信号用于驱动光发射器发射光，以对待检测对象进行检测。在一个示例中，当人的指尖置于生理信号检测模块中时，光发射器(例如发光二极管等)与光电探测器(例如光敏二极管等)分布在指尖的相对的两侧。光发射器可以发出波长为660nm的可见红光和波长为920?950nm的不可见红外光。当这两种光照射到人的指尖上时，相对侧的光电探测器可以接收到透射光并将透射光转换为PPG信号并将其输出。第一放大电路110用于对生理信号检测模块输出的PPG信号进行初级线性放大并将经初级放大的PPG信号输出到直流消除电路120的输入端。可以理解的是，第一放大电路110可以将PPG信号以及其中包含的噪声一起放大，因此，生理信号调理电路100还可以包括相应的去除噪声的电路(未示出)。直流消除电路120用于消除PPG信号中的直流分量的至少一部分。生理信号检测模块输出的PPG信号包含以下两种分量:(1)缓慢变化的直流分量，它一般可以假设为与所检测的指尖皮肤的总血容量有关，实际与动脉血的非脉动部分、静脉血和毛细管血部分以及肌肉组织等部分的光吸收有关；(2)脉动变化的交流分量，它同步于心率，可假设为与动脉血容量有关，主要反映脉动血的光吸收情况。PPG信号的交流分量是叠加在直流分量上的，并且交流信号的幅值一般为直流分量的幅值的1?2%。由于主要是交流分量包含了脉搏信息，所以需要通过直流消除电路120将PPG信号中的大部分直流分量消除，再将剩余的交流分量进一步放大并进行其他处理。第二放大电路130用于对消除了大部分直流分量之后的PPG信号进行进一步放大并将经进一步放大的PPG信号输出到电荷保持电路140的输入端。由于输入到第二放大电路130的主要是PPG信号的交流分量，因此第二放大电路130主要对交流分量进行放大，以增大交流分量的信号强度，方便对其进行后续处理。电荷保持电路140用于对第二放大电路130输出的信号进行电荷保持，并将经电荷保持的PPG信号输出到ADC，以使得ADC能够获得充足的有效采样时间。有效采样时间是指在该时间段内ADC采样得到的数据是PPG信号上的有效数据。这样的有效数据应当能够反映PPG信号的实际情况。下面以PPG信号的采集过程为例进行说明。图2a示出常规的生理信号调理电路以及关联电路的示意性框图，图2b示出根据本专利技术一个实施例的生理信号调理电路以及关联电路的不意性框图。在图2a中，生理信号调理电路包括差分光电流放大电路250、高通滤波器260和可变增益放大器270，关联电路包括控制电路21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生理信号调理电路，包括顺序连接的第一放大电路、直流消除电路、第二放大电路和电荷保持电路，所述第一放大电路的输入端连接到生理信号检测模块的输出端；所述电荷保持电路的输出端连接到模数转换器的输入端，其中，所述生理信号检测模块用于对待检测对象进行检测并输出生理信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴征瑜，张家宝，何超明，
申请(专利权)人：深圳诺康医疗设备有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44