一种睡眠监测的模拟前端制造技术

本实用新型专利技术公开了一种睡眠监测的模拟前端，包括：差分电荷放大器电路，其与压电薄膜传感器的输出端连接，用于放大所述压电薄膜传感器的输入信号，并抑制或抵消共模干扰；滤波器电路，其与所述差分电荷放大器电路的输出端连接，用于进行高频干扰抑制以及工频干扰滤除；自动增益放大器电路，其与所述滤波器电路的输出端连接，用于提高所述模拟前端的灵敏度和动态适应范围；信号分离电路，其与所述自动增益放大器电路的输出端连接，用于提取不同频带的输入信号，并进行幅度提升和滤波处理。与现有技术相比，本实用新型专利技术能解决共模干扰问题、电荷放大器饱和时饱和退出缓慢的问题、灵敏度及动态范围小的问题、针对不同的信号进行优化的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种睡眠监测的模拟前端


[0001]本技术涉及睡眠监测领域，特别是一种睡眠监测的模拟前端。

技术介绍

[0002]压电薄膜传感器拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于睡眠信号监测。 当安装在床垫上与胸部/ 心脏接近的位置时，可以检测心率，以及由于呼吸引起的负荷或重心的微小变化。然后，可以在较长的时间段（例如整夜）内评估这些信号，它们可以呈现睡眠的持续时间、阶段或质量等。
[0003]压电薄膜传感器输出的电荷量很小，且动态范围很大，另外还可能带有很强成分的共模干扰、工频干扰等。
[0004]请参见图1，传统的基于压电薄膜传感器的睡眠监测模拟前端一般采用典型的单端电荷放大，然后通过简单的后级固定增益放大及滤波的处理办法，这种模拟前端处理方式容易受到工频及共模信号的干扰，同时强信号注入导致的放大器过载时饱和退出缓慢，且只能适应较小的动态信号输入范围。
[0005]该传统模拟前端的技术缺点如下：
[0006]1、抗共模干扰及工频干扰能力差；
[0007]2、强信号导致的放大器过载时饱和退出缓慢，从而使模拟前端有测量盲区；
[0008]3、较低的灵敏度及较小的动态信号输入范围；
[0009]4、不能针对不同的信号分别进行幅度提升及差异化处理。
[0010]除此之外，请参见图2，另外一类传统的模拟前端采用电压放大器对电荷进行放大，采用这种方式时，压电薄膜传感器本身的电容及传感器连接电缆都会给测量带来很大的误差，同时稳定性及一致性都很难得到保证。<br/>[0011]该传统模拟前端的技术缺点如下：
[0012]1、抗共模干扰及工频干扰能力差；
[0013]2、较低的灵敏度及较小的动态信号输入范围；
[0014]3、不能针对不同的信号分别进行幅度提升及差异化处理；
[0015]4、传感器本身的电容及传感器连接电缆会给测量带来很大的误差，从而导致稳定性及一致性都很难得到保证。
[0016]因此，如何设计一种睡眠监测的模拟前端，能克服现有技术中存在的技术缺点，是业界亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0017]针对现有技术中模拟前端存在的技术缺点，本技术提出了一种睡眠监测的模拟前端。
[0018]本技术的技术方案为，提出了一种睡眠监测的模拟前端，其包括：
[0019]差分电荷放大器电路，其与压电薄膜传感器的输出端连接，用于放大所述压电薄
膜传感器的输入信号，并抑制或抵消共模干扰；
[0020]滤波器电路，其与所述差分电荷放大器电路的输出端连接，用于进行高频干扰抑制以及工频干扰滤除；
[0021]自动增益放大器电路，其与所述滤波器电路的输出端连接，用于提高所述模拟前端的灵敏度和动态适应范围；
[0022]信号分离电路，其与所述自动增益放大器电路的输出端连接，用于提取不同频带的输入信号，并进行幅度提升和滤波处理。
[0023]进一步，所述差分电荷放大器电路包括：
[0024]差分电荷放大器，其与所述压电薄膜传感器的输出端连接，用于放大所述压电薄膜传感器的输出信号；
[0025]减法运算电路，其连接于所述差分电荷放大器的输出端，用于抑制或抵消共模干扰；
[0026]饱和检测电路，其连接于所述差分电荷放大器的输出端，用于检测所述差分电荷放大器的输出，并判断所述差分电荷放大器是否饱和；
[0027]快速泄放电路，其分别与所述差分电荷放大器和饱和检测电路连接，用于在所述差分电荷放大器饱和时进行快速泄放。
[0028]进一步，所述差分电荷放大器包括：电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C11、电容C21、放大器U1和放大器U2；
[0029]所述放大器U1的同相输入端接地、反相输入端串联电阻R14后连接所述压电薄膜传感器的输出正端、输出端作为所述差分电荷放大器的输出正端连接所述减法运算电路，所述放大器U2的同相输入端接地、反相输入端串联所述电阻R24后连接所述压电薄膜传感器的输出负端、输出端作为所述差分电荷放大器的输出负端连接所述减法运算电路，所述电阻R11与电阻R12串联后连接到所述放大器U1的反相输入端与输出端之间，电容C11并联在所述电阻R11与电阻R12两端，所述电阻R21与电阻R22串联后连接到所述放大器U2的反相输入端与输出端之间，所述电容C21并联在所述电阻R21与电阻R22两端，所述电阻R13一端连接在所述电阻R11与电阻R12之间、另一端串联电阻R23后连接在所述电阻R21与电阻R22之间。
[0030]进一步，所述减法运算电路包括：
[0031]电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、放大器U8；
[0032]所述放大器U8的同相输入端串联电阻R5后连接到所述放大器U1的输出端、反相输入端串联电阻R7后连接到所述放大器U2的输出端、输出端与所述滤波器电路连接，所述电阻R6连接在所述放大器U8的同相输入端与输出端之间，所述电阻R8一端与所述放大器U8的反相输入端连接、另一端接地。
[0033]进一步，所述饱和检测电路包括比较器U3，所述比较器U3的同相输入端与所述差分电荷放大器的输出端连接、反相输入端接入基准信号VRef1、输出端与所述快速泄放电路连接；
[0034]所述快速泄放电路包括比较器U6、模拟开关U7、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2，所述比较器U6的反相输入端串联电阻R2后与所述饱和检测电路的输出端连接、同相输入端串联电阻R3后接入基准电压VRef2、输出端连接到所述模拟开关U7的控制端，所述模拟开关
U7的受控端串联于泄放通道中，所述电容C2一端连接到所述比较器U6的反相输入端、另一端接地，所述电阻R4分别连接到所述比较器U6的同相输入端与输出端。
[0035]进一步，所述滤波器电路包括用于滤除工频干扰的工频陷波器、以及用于滤除高频干扰的低通滤波器，其中，所述工频滤波器采用双T型陷波器，所述低通滤波器采用压控电源型二阶巴特沃斯低通滤波器。
[0036]进一步，所述自动增益放大器电路包括连接于所述滤波器电路的输出端的压控增益放大器、与所述压控增益放大器的输出端连接并用于幅度检测的幅度检测电路、以及连接于所述幅度检测电路输出端并用于幅度比较以及调节增益的幅度比较及自动增益反馈调节电路。
[0037]进一步，所述信号分离电路包括用于提取呼吸率波形的呼吸率波形提取电路、用于提取心率波形的心率波形提取电路、以及设于所述心率波形提取电路的输出端的心率信号幅度提升电路，所述呼吸率波形提取电路与所述心率信号幅度提升电路的输出端与ADC连接进行采样。
[0038]进一步，所述差分电荷放大器电路包括：
[0039]差分电荷放大器，其与所述压电薄膜传感器的输出端连接，用于放大所述压电薄膜传感器的输出信号；
[0040]减法运算电路，其连接于所述差分电荷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种睡眠监测的模拟前端，其特征在于，包括：差分电荷放大器电路，其与压电薄膜传感器的输出端连接，用于放大所述压电薄膜传感器的输入信号，并抑制或抵消共模干扰；滤波器电路，其与所述差分电荷放大器电路的输出端连接，用于进行高频干扰抑制以及工频干扰滤除；自动增益放大器电路，其与所述滤波器电路的输出端连接，用于提高所述模拟前端的灵敏度和动态适应范围；信号分离电路，其与所述自动增益放大器电路的输出端连接，用于提取不同频带的输入信号，并进行幅度提升和滤波处理。2.根据权利要求1所述的模拟前端，其特征在于，所述差分电荷放大器电路包括：差分电荷放大器，其与所述压电薄膜传感器的输出端连接，用于放大所述压电薄膜传感器的输出信号；减法运算电路，其连接于所述差分电荷放大器的输出端，用于抑制或抵消共模干扰；饱和检测电路，其连接于所述差分电荷放大器的输出端，用于检测所述差分电荷放大器的输出，并判断所述差分电荷放大器是否饱和；快速泄放电路，其分别与所述差分电荷放大器和饱和检测电路连接，用于在所述差分电荷放大器饱和时进行快速泄放。3.根据权利要求2所述的模拟前端，其特征在于，所述差分电荷放大器包括：电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C11、电容C21、放大器U1和放大器U2；所述放大器U1的同相输入端接地、反相输入端串联电阻R14后连接所述压电薄膜传感器的输出正端、输出端作为所述差分电荷放大器的输出正端连接所述减法运算电路，所述放大器U2的同相输入端接地、反相输入端串联所述电阻R24后连接所述压电薄膜传感器的输出负端、输出端作为所述差分电荷放大器的输出负端连接所述减法运算电路，所述电阻R11与电阻R12串联后连接到所述放大器U1的反相输入端与输出端之间，电容C11并联在所述电阻R11与电阻R12两端，所述电阻R21与电阻R22串联后连接到所述放大器U2的反相输入端与输出端之间，所述电容C21并联在所述电阻R21与电阻R22两端，所述电阻R13一端连接在所述电阻R11与电阻R12之间、另一端串联电阻R23后连接在所述电阻R21与电阻R22之间。4.根据权利要求3所述的模拟前端，其特征在于，所述减法运算电路包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、放大器U8；所述放大器U8的同相输入端串联电阻R5后连接到所述放大器U1的输出端、反相输入端串联电阻R7后连接到所述放大器U2的输出端、输出端与所述滤波器电路连接，所述电阻R6连接在所述放大器U8的同相输入端与输出端之间，所述电阻R8一端与所述放大器U8的反相输入端连接、另...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，向柄宇，刘华预，
申请(专利权)人：国微集团深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：