基于忆阻器的生理电信号滤波去噪电路制造技术

本实用新型专利技术提供一种基于忆阻器的生理电信号滤波去噪电路及其控制方法，通过采样保持器、误差计算电路、反馈调节模块、前馈计算模块、控制器的连接结构，前馈计算模块设置有多个忆阻突触模块和一个激活模块，忆阻突触模块设置有一个输入端和两个输出端，用以将输入电压转换为两个不同的电流，忆阻突触模块的输入端采集电压Vi，激活模块输出电压Vg，采样保持器采样保持电压Vg以输出电压V0，误差计算电路采集电压V0及期望电压V

【技术实现步骤摘要】
基于忆阻器的生理电信号滤波去噪电路


[0001]本技术涉及忆阻器的滤波方法，主要涉及一种基于忆阻器的生理电信号滤波去噪电路。

技术介绍

[0002]生理电信号包括心率信号、脉搏信号等微弱信号，穿戴式设备在一个多状态的复杂测量环境来检测穿戴者的生理信号，同时，穿戴设备所检测出的生理信号中还会夹杂着非常强的部分背景噪声。
[0003]为此，穿戴式设备需要对其不感兴趣的背景噪声进行去噪滤波，来得到较为清晰的生理信号。而现有的对背景噪声进行去噪滤波的方法为：控制器采集原始的生物机能信号，原始的生物机能信号包括生物电信号和通过传感器引入的生物非电信号，在对所采集到的原始的生物机能信号进行放大、整形、滤波等处理，将处理后的信号通过模数转换后传输到生物机能实验的专用系统软件中，系统软件中对接收所得的信号放大后进行处理。
[0004]由此可见，现有对生物机能信号进行去噪滤波的方式都需要软件程序经过大量的运算才能得出，而运行大量的软件程序必然需要消耗大量的电量，那么针对电池容量有限的穿戴设备来说，其需要经常更换电池，才能保证穿戴设备的持续运行，降低了消费者的使用体验。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于提供一种基于忆阻器的生理电信号滤波去噪电路的硬件结构，该硬件结构在软件工程师对其中的控制器进行软件编程后，用以降低去噪过程中控制器中的运算数量，从而减少电量的损耗。
[0006]为此，基于忆阻器的生理电信号滤波去噪电路，包括采样保持器、误差计算电路、反馈调节模块、前馈计算模块、控制器，前馈计算模块由多个忆阻突触模块和一个激活模块组成，每个忆阻突触模块设置有一个输入端和两个输出端，用以将输入电压转换为两个不同的电流，各个忆阻突触模块的输入端分别经电连接控制器的电控开关Ki来与各个检测生物机能信号的传感器连接以采集生物机能信号所转化成的电压Vi，激活模块设置有两个输入端、一个输出端，激活模块的两个输入端分别与各个忆阻突触模块中的两个输出端连接，激活模块以纯模电的形式通过算法来得到电压Vg，R为激活模块中的一个接地电阻，激活模块的输出端与采样保持器的输入端连接来采样保持电压Vg，采样保持器的输出端与控制器I/O端连接以输出电压V0；误差计算电路设置有输入端、电压期望输入端和两个输出端，其输入端连接在采样保持器与控制器的连接线路上来采集电压V0，控制器的一个引脚与误差计算电路的电压期望输入端连接以传输期望电压VT，误差计算电路以纯模电的形式通过算法ΔV＝a(VT
‑
Vo)来得到误差+ΔV、
‑
ΔV，a为比例系数，a＝R2/R1，并通过误差计算电路的两个输出端分别输出，反馈调节模块中设置有与多个忆阻突触模块一一对
应的多对开关支路，每对开关支路均包括共G极的Pmos管和Nmos管，任意一对Pmos管、Nmos管的D极、G极共接到一起形成对应开关支路的输出端，用以输出经过Pmos管或Nmos管滤波后的电压Vpi，各对开关支路的输出端与其对应的忆阻突触模块的输入端连接以传输电压Vpi，且在该连接线路上串联有与控制器电连接的电控开关Si，各个Pmos管的S极与误差计算电路其中一个输出端连接来接收+ΔV，各个Nmos管的S极与误差计算电路的另一个输出端连接来接收
‑
ΔV，误差计算电路、反馈调节模块、前馈计算模块、控制器分别与电源连接取电，i＝1、2、3
…
n。
[0007]进一步地，所述各个忆阻突触模块设置有串联的忆阻器GI+、忆阻器GI
‑
，忆阻器GI+的正极与忆阻器GI
‑
的负极连接，忆阻突触模块的电压输入端连接在忆阻器GI+的正极与忆阻器GI
‑
的连接线路上，用以传输传感器的检测值。
[0008]进一步地，所述激活模块的两个输入端分别为I
‑
、I+端，忆阻器GI+的负极与激活模块的I+端连接，忆阻器GI
‑
的正极与激活模块的I
‑
端连接，激活模块将I
‑
、I+所输入的电流运算放大后得到电压Vg，传输给采集保持器。
[0009]进一步地，所述采样保持器包括电压接受端、电阻R10、电控开关Ki、电容C1、缓冲放大器A，电阻R10的一端与电压接受端连接，另一端与共C极的缓冲放大器A的输入端连接，电控开关Ki设置在电阻R10与缓冲放大器A的连接线路上，电容C1的一端设置在电控开关Ki有缓冲放大器A的连接线路上，电容C1的另一端接地，电控开关Ki与控制器电连接。
[0010]进一步地，所述误差计算电路包括电阻、由G极互连的两个PMOS所组成的Zi结构、由G极互连的两个NMOS所组成的Ki结构，电阻、Zi结构、Ki结构各设置有四个，Vcc为电源的正极电压，Vss为电源的负极电压，在Vcc与Vss之间依次串联一个PMOS管P1和一个NMOS管N1，PMOS管P1的G极与D极共接在一起后与Vcc连接来取电，PMOS管P1的S极与NMOS管N1的D极连接且控制器采集该连接线路上的电压
‑
ΔV，NMOS管N1的S极与Vss连接，NMOS管N1的G极悬空，控制器的电压测量引脚连接在结构K6的Kb端与结构Z6的Zb端的连接线路上，电阻R1的一端连接在结构K6的Kd端与结构Z6的Zd端的连接线上，控制器与电阻R1的另一端连接以采集期望电压V
T
,结构K6的Kc端与结构Z5的Za端连接，结构K6的Ka端串联电阻R4后与结构Z5的Zb、Zd端共接在一起后与Vss连接，结构Z6的Zc端与结构K5的Ka端连接，结构Z6的Za端串联电阻R3后和结构K5的Kb、Kd端共接在一起后与Vcc连接，结构K5的Kc端与结构Z5的Zc端连接，NMOS管N1的G极的连接在该线路上，控制器采集结构K5的Kc端与结构Z5的Zc端之间的电压+ΔV，且R2的一端连接在该线路上，另一端接地。
[0011]进一步地，所述激活模块包括电阻、由G极互连的两个PMOS所组成的Zi结构、由G极互连的两个NMOS所组成的Ki结构，结构Ki、Zi各设置有四个，电阻设置有五个，Vcc为电源的正极电压，Vss为电源的负极电压，结构Z4的Zb、Zd端分别对应与结构K4的Kb、Kd端连接，结构Z4的Zd端与结构K4的Kd端之间的电流为I+，结构Z4的Za端串联电阻R5后与Vcc连接来取电，结构K4的Ka端串联电阻R6后与Vss连接，结构Z4的Zc端与结构K3的Ka端连接，结构K3的Kb、Kc端分别与Vcc连接，结构Z3的Zb、Zd端分别与Vss连接，结构Z3的Zc端与结构K3的Kc端连接，结构Z2的Za端串联电阻R7后与Vcc连接，结构K2的Ka端串联电阻R8后与Vss连接，结构Z2的Zb端与结构K2的Kb端共接在一起后接地，控制器采集结构Z2的Zd端与结构K2的Kd端共接在一起后并联在结构Z3的Zc端、结构K3的Kc端的连接线路上的电流I
‑
，结构Z2的Za端串联电阻R7后与Vcc连接，结构Z2的Za端串本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于忆阻器的生理电信号滤波去噪电路，其特征在于，包括采样保持器、误差计算电路、反馈调节模块、前馈计算模块、控制器，前馈计算模块由多个忆阻突触模块和一个激活模块组成，每个忆阻突触模块设置有一个输入端和两个输出端，用以将输入电压转换为两个不同的电流，各个忆阻突触模块的输入端分别经电连接控制器的电控开关Ki来与各个检测生物机能信号的传感器连接以采集生物机能信号所转化成的电压Vi，激活模块设置有两个输入端、一个输出端，激活模块的两个输入端分别与各个忆阻突触模块中的两个输出端连接，激活模块以纯模电的形式通过算法来得到电压Vg，所述w
i
为各个忆阻突触模块的突触权重，R为激活模块中的一个接地电阻，激活模块的输出端与采样保持器的输入端连接来采样保持电压Vg，采样保持器的输出端与控制器I/O端连接以输出电压V0；误差计算电路设置有输入端、电压期望输入端和两个输出端，其输入端连接在采样保持器与控制器的连接线路上来采集电压V0，控制器的一个引脚经电阻R1与误差计算电路的电压期望输入端连接以传输期望电压VT，误差计算电路经电阻R2接地，误差计算电路以纯模电的形式通过算法ΔV＝a(V
T
‑
V
o
)来得到误差+ΔV、
‑
ΔV，a为比例系数，a＝R2/R1，并通过误差计算电路的两个输出端分别输出，反馈调节模块中设置有与多个忆阻突触模块一一对应的多对开关支路，每对开关支路均包括共G极的Pmos管和Nmos管，任意一对Pmos管、Nmos管的D极、G极共接到一起形成对应开关支路的输出端，用以输出经过Pmos管或Nmos管滤波后的电压Vpi，各对开关支路的输出端与其对应的忆阻突触模块的输入端连接以传输电压Vpi，且在该连接线路上串联有与控制器电连接的电控开关Si，各个Pmos管的S极与误差计算电路其中一个输出端连接来接收+ΔV，各个Nmos管的S极与误差计算电路的另一个输出端连接来接收
‑
ΔV，误差计算电路、反馈调节模块、前馈计算模块、控制器分别与电源连接取电，i＝1、2、3
…
n。2.根据权利要求1所述的基于忆阻器的生理电信号滤波去噪电路，其特征在于：所述各个忆阻突触模块设置有串联的忆阻器GI+、忆阻器GI
‑
，忆阻器GI+的正极与忆阻器GI
‑
的负极连接，忆阻突触模块的电压输入端连接在忆阻器GI+的正极与忆阻器GI
‑
的连接线路上，用以传输传感器的检测值。3.根据权利要求2所述的基于忆阻器的生理电信号滤波去噪电路，其特征在于：所述激活模块的两个输入端分别为I
‑
、I+端，忆阻器GI+的负极与激活模块的I+端连接，忆阻器GI
‑
的正极与激活模块的I
‑
端连接，激活模块将I
‑
、I+所输入的电流运算放大后得到电压Vg，传输给采集保持器。4.根据权利要求1所述的基于忆阻器的生理电信号滤波去噪电路，其特征在于：所述采样保持器包括电压接受端、电阻R10、电控开关Ki、电容C1、缓冲放大器A，电阻R10的一端与电压接受端连接，另一端与共C极的缓冲放大器A的输入端连接，电控开关Ki设置在电阻R10与缓冲放大器A的连接线路上，电容C1的一端设置在电控开关Ki有缓冲放大器A的连接线路上，电容C1的另一端接地，电控开关Ki与控制器电连接。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚，谢立军，郑辞晏，洪庆辉，
申请(专利权)人：广东技术师范大学，
类型：新型
国别省市：