应用于生理信号采集的直流抑制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于生理信号采集的直流抑制装置，其包括信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路和直流校正电路；所述信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路依次连接；所述直流校正电路采集仪用运算放大器的输出信号，对所述输出信号中的直流成份进行直流偏移电压校正后反馈至仪用运算放大器。本发明专利技术利用运算放大器、MCU单元和双极性电压比较器组成直流校正电路，通过直流校正电路采集仪用运算放大器的输出信号并输出直流偏移校正电压至仪用运算放大器的基准电压端，从而将直流偏移电压下拉至有效范围之内，实现直流偏移的动态消除。

【技术实现步骤摘要】
应用于生理信号采集的直流抑制装置
本专利技术属于电子信息
，具体涉及一种应用于生理信号采集的直流抑制装置。
技术介绍
在电生理信号采集中，通常会受到周围各种噪声的干扰，特别是共模信号的干扰，因此共模抑制比是差动前置放大器的重要技术指标。在同等的工艺条件下，进一步提高共模抑制比的方法是提高前置放大器差模电压的放大倍数，但电生理信号中的直流偏移电压的存在限制了前置放大器的差模电压放大倍数，因此在没有消除直流偏压的情况下想进一步提高前置放大器的共模抑制比是非常困难的。EnriqueM等在《ACCoupledThreeop-ampBio-potentialAmplifierwithActiveDCSuppression》(IEEETRANSACTIONSONBIOMEDICALENGINEERING,VOL.47,NO.12,DECEMBER2000)中提出了交流耦合三运算放大器去除直流的方法。但该方法存在很大的缺陷：第一个问题是积分电路的使用是不恰当的，该文章中采用的积分电路中的电容Ci没有电阻与其构成回路，很容易使放大器产生饱和，此时输出最大直流信号，不仅没有去除直流偏压，反而会产生新的直流电压偏移量，严重时可能引起整个运算放大电路的饱和；第二个问题是积分电路的截止频率由于硬件限制不能做的很低，因此它提取的信号包括了直流信号和一定成份的交流信号，当这些信号被叠加到三运算放大电路的输入端时，会将这些低频的交流信号叠加在有用的源信号中，由于这些低频信号被包含在有用信号频带的范围内很难被滤除，所以引入了新的干扰源，严重影响了信号的准确性；第三个问题是该文章中所选用的光耦芯片属于非线性的器件，在没有对隔离器件产生的电流和偏移电压产生的电流进行对应修正的情况下，光电器件所产生的电流可能与偏移电压在输入端产生的电流不一致，从而无法对直流偏移电压进行消除甚至有可能引入新的电压偏移量。专利CN1414701A提供了提高前置放大器共模抑制比的方法，它采用并联型双运放，放大器的输出端分别与两组阻容耦合电路连接的方法来提高前置放大器的共模抑制比。这种方法因为引入了电容，由于电容的匹配程度很低，容易将共模信号转换成差模干扰信号，从而引入了新的干扰，而且通过电容滤除直流电压时需要的电容容值很大，实现起来比较困难。在消除直流偏压的问题上，专利CN102185812A通过分析其它专利在消除直流偏移电压时存在的问题并提出了自己的解决办法，通过提取直流信号然后与原始信号相减的方法来消除偏移电压。这种方法虽然方法比较简单，但是在三运算差动前置放大电路中因为电路是差分输入，如果采用此方案将会破坏电路的对称性，无法提高共模抑制比。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是：为了解决直流偏置电压超出模数转换器的有效转换范围时输出数据无效的技术问题，本专利技术提出了一种应用于生理信号采集的直流抑制装置。本专利技术的技术方案是：一种应用于生理信号采集的直流抑制装置，包括信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路和直流校正电路；所述信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路依次连接；所述直流校正电路采集仪用运算放大器的输出信号，对所述输出信号中的直流成份进行直流偏移电压校正后反馈至仪用运算放大器。进一步地，所述直流校正电路包括运算放大器、MCU单元和双极性电压比较器，所述运算放大器采集仪用运算放大器的输出信号并传输至MCU单元，所述MCU单元对所述输出信号进行低通滤波提取直流成份并根据直流成份的电压范围输出预设电压至双极性电压比较器，所述双极性电压比较器将MCU单元的输出电压与比较电压进行比较后输出直流偏移校正电压至仪用运算放大器的基准电压端。进一步地，所述MCU单元中设定电压阈值，当直流成份大于电压阈值时利用数模转换器端口输出预设第一电压，当直流成份小于负的电压阈值时利用数模转换器端口输出预设第二电压，当直流成份处于电压阈值和负的电压阈值之间时利用数模转换器端口输出与电压阈值相同的预设第三电压。进一步地，所述双极性电压比较器比较MCU单元的输出电压与比较电压，当MCU单元的输出电压大于比较电压时输出与比较电压相等的直流偏移校正电压至仪用运算放大器的基准电压端，当MCU单元的输出电压小于比较电压时输出与负的比较电压相等的直流偏移校正电压至仪用运算放大器的基准电压端，当MCU单元的输出电压等于比较电压时输出值为0V的直流偏移校正电压至仪用运算放大器的基准电压端。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用运算放大器、MCU单元和双极性电压比较器组成直流校正电路，通过直流校正电路采集仪用运算放大器的输出信号并输出直流偏移校正电压至仪用运算放大器的基准电压端，从而将直流偏移电压下拉至有效范围之内，实现直流偏移的动态消除。附图说明图1是本专利技术的应用于生理信号采集的直流抑制装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例中直流校正电路的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，为本专利技术的应用于生理信号采集的直流抑制装置的结构示意图。一种应用于生理信号采集的直流抑制装置，包括信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路和直流校正电路；所述信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路依次连接；所述直流校正电路采集仪用运算放大器的输出信号，对所述输出信号中的直流成份进行直流偏移电压校正后反馈至仪用运算放大器。在本专利技术的一个可选实施例中，上述信号采集电极用于获取人体表面的生理电信号，比如头皮表面脑电，皮肤表面肌电等。在本专利技术的一个可选实施例中，上述仪用运算放大器用于抑制信号采集电极引入的共模噪声并放大有用信号。在本专利技术的一个可选实施例中，上述信号处理电路用于抗混叠滤波、滤除高频干扰、同时将模拟信号转换为数字信号。在本专利技术的一个可选实施例中，上述信号传输电路用于将信号通过蓝牙、USB等方式传输到PC端。上述信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路均为本领域常规电学器件，本领域技术人员根据上述内容的教导，可以不需要付出创造性劳动的实现该方案，因此本专利技术不做赘述。在本专利技术的一个可选实施例中，由于当前高精度模数转换器AD的有效转换范围在正负2.5V，当直流偏置电压超出模数转换器的有效转换范围时，输出结果将全部为0或者1，数据没有意义，因此本专利技术利用直流校正电路将仪用运算放大器输入端的直流偏移电压抑制在正负2.5V以内，从而防止电路饱和。如图2所示，为本专利技术实施例中直流校正电路的结构示意图。本专利技术的直流校正电路包括运算放大器U2、MCU单元和双极性电压比较器U3；运算放大器的同相输入端与仪用运算放大器U1的输出端Uout连接，反相输入端与其输出端连接，输出端还与MCU单元连接；MCU单元的输出端与双极性电压比较器U3的正输入端连接；双极性电压比较器U3的负输入端接入2.5V比较电压，正输出端与仪用运算放大器U1的基准电压端REF连接。本专利技术的运算放大器U2用于采集仪用运算放大器U1的输出信号Uout并传输至MCU单元，该功能的实现可以采用基本运算放大器，如AD8639，所组成的射随器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于生理信号采集的直流抑制装置，其特征在于，包括信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路和直流校正电路；所述信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路依次连接；所述直流校正电路采集仪用运算放大器的输出信号，对所述输出信号中的直流成份进行直流偏移电压校正后反馈至仪用运算放大器。

【技术特征摘要】
1.一种应用于生理信号采集的直流抑制装置，其特征在于，包括信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路和直流校正电路；所述信号采集电极、仪用运算放大器、信号处理电路、信号传输电路依次连接；所述直流校正电路采集仪用运算放大器的输出信号，对所述输出信号中的直流成份进行直流偏移电压校正后反馈至仪用运算放大器。2.如权利要求1所述的应用于生理信号采集的直流抑制装置，其特征在于，所述直流校正电路包括运算放大器、MCU单元和双极性电压比较器，所述运算放大器采集仪用运算放大器的输出信号并传输至MCU单元，所述MCU单元对所述输出信号进行低通滤波提取直流成份并根据直流成份的电压范围输出预设电压至双极性电压比较器，所述双极性电压比较器将MCU单元的输出电压与比较电压进行比较后输出直流偏移校正电压至仪用运算放大器的基准电压端。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳欣，刘铁军，尧德中，应少飞，姜东，陈家鑫，宗欣，董丽娟，李建福，郜东瑞，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51