一种占空比调节正反馈电容的生物医疗前端检测电路及其固定接入的正反馈电容容值方法技术

本发明专利技术涉及一种占空比调节正反馈电容的生物医疗前端检测电路及其固定接入的正反馈电容容值方法，所述电路包括占空比调节信号发生器、全差分增益电路、正反馈电容环路和低通滤波器；所述全差分增益电路用于对生理信号进行放大；所述正反馈电容环路是接入所述全差分增益电路的正反馈电容阵列，所述正反馈电容阵列包括高位正反馈电容和最低位反馈电容；所述低通滤波电路用于对全差分增益电路输出的高频生物信号进行滤波；所述占空比调节信号发生器用于产生占空比调节信号、连续调节所述最低位反馈电容产生最小等效容值。有益效果是通过占空比调节正反馈电容获取可调整的最小电容值，实现高增益、输入阻抗高校准分辨率。输入阻抗高校准分辨率。输入阻抗高校准分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种占空比调节正反馈电容的生物医疗前端检测电路及其固定接入的正反馈电容容值方法


[0001]本专利技术涉及集成电路
，具体涉及一种占空比调节正反馈电容的生物医疗前端检测电路及其固定接入的正反馈电容容值方法。

技术介绍

[0002]常见的生理信号检测电路都是通过电极采集生理信号，由于电极跟人体皮肤直接接触，人体的一些生理活动会导致电极与皮肤接触的表面积或者张力变化，进而导致电极
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皮肤界面的阻抗是持续变化的，对于多电极系统，不同的电极阻抗变化存在差异，会导致电路共模抑制能力的下降，且会存在显著的运动伪影，影响系统正常工作。解决此问题最常用的方法为增加前端电路的输入阻抗值，从而降低电极状态的变化对生物信号采集的影响。
[0003]生物医疗前端检测电路中提高输入阻抗最常用的技术是基于正反馈环路的放大电路，通过校准算法，使接入电路的正反馈电容阵列越接近校准理想值，最终固定接入电路的正反馈电容值。这种技术的缺陷在于，其电路增益和可调整的最小电容值决定了最后能够校准的输入阻抗的大小，针对高增益的第一级运放，想要做到超高的前端电路输入阻抗，可调整的最小电容值必须很小。以可调整的最小电容值1fF，电路增益10倍为例，输入阻抗校准的分辨率为9fF，但当电路增益为100倍时，要达到与前者相同的输入阻抗校准分辨率，则可调整的最小电容值需要在0.1fF左右，在现有的集成电路生产工艺下几乎是不可能准确生产的。这会导致电路增益越大，前端电路输入阻抗校准的分辨率越低，电极
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皮肤界面的阻抗变化影响就会越大。
[0004]本专利技术针对基于正反馈环路的放大电路所存在的电路增益越大、前端电路输入阻抗校准分辨率越低的技术问题，对生物医疗前端检测电路进行了技术改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是，提供一种通过占空比调节正反馈电容获取可调整的最小电容值，实现高增益、输入阻抗高校准分辨率的生物医疗前端检测电路。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是一种占空比调节正反馈电容的生物医疗前端检测电路，包括占空比调节信号发生器、全差分增益电路、正反馈电容环路和低通滤波器；所述全差分增益电路用于对生理信号进行放大；所述正反馈电容环路是接入所述全差分增益电路的正反馈电容阵列，所述正反馈电容阵列包括高位正反馈电容和最低位反馈电容；所述低通滤波电路用于对全差分增益电路输出的高频生物信号进行滤波；所述占空比调节信号发生器用于产生占空比调节信号、连续调节所述最低位反馈电容产生最小等效容值，实现生理信号检测高增益、输入阻抗高校准分辨率。
[0007]优选地，所述占空比调节信号为高电平时，所述最低位反馈电容接为所述全差分增益电路的正反馈环路；所述占空比调节信号为低电平时，所述最低位反馈电容接为所述全差分增益电路的负反馈环路。
[0008]优选地，所述全差分增益电路采用于生物信号检测的低噪声低功耗全差分运算放大器，包括连接在所述全差分运算放大器正输入端与负输出端之间的第一负反馈电容、以及所述全差分运算放大器负输入端与正输出端之间的第二负反馈电容，还包括连接在所述全差分运算放大器正输入端与负输出端之间的第一负反馈电阻、以及所述全差分运算放大器负输入端与正输出端之间电连接的第二负反馈电阻，还包括连接所述全差分运算放大器正输入端的第一输入电容、以及所述全差分运算放大器负输入端的第二输入电容。
[0009]优选地，所述高位正反馈电容包括第一高位正反馈电容池和第二高位正反馈电容池，所述最低位反馈电容包括第一最低位反馈电容和第二最低位反馈电容；所述第一高位正反馈电容池、第一最低位反馈电容，以及第二高位正反馈电容池、第二最低位反馈电容电容容值指数增长；所述第一高位正反馈电容池中每个电容一端与全差分运算放大器正输入端口连接、另一端与全差分运算放大器正输出端连接，所述第一最低位反馈电容一端与全差分运算放大器正输入端口连接、另一端与全差分运算放大器正输出端和负输出端分别通过开关连接，所述占空比调节信号为高电平时、所述第一最低位反馈电容另一端与全差分运算放大器正输出端导通，所述占空比调节信号为低电平时、所述第一最低位反馈电容另一端与全差分运算放大器负输出端导通；所述第二高位正反馈电容池中每个电容一端与全差分运算放大器负输入端口连接、另一端与全差分运算放大器负输出端连接，所述第二最低位反馈电容一端与全差分运算放大器负输入端口连接、另一端与全差分运算放大器负输出端和正输出端分别通过开关连接，所述占空比调节信号为高电平时、所述第二最低位反馈电容另一端与全差分运算放大器负输出端导通，所述占空比调节信号为低电平时、所述第二最低位反馈电容另一端与全差分运算放大器正输出端导通。
[0010]优选地，所述低通滤波器输入端与所述全差分增益电路输出端相连，所述低通滤波器输出端为所述生物医疗前端检测电路输出端。
[0011]优选地，所述的一种占空比调节正反馈电容的的生物医疗前端检测电路，是用于检测心电、脑电生理信号的增益电路。
[0012]本专利技术的又一目的是，提供一种通过占空比调节正反馈电容获取可调整的最小电容值，实现高增益、输入阻抗高校准分辨率的生物医疗前端检测电路固定接入的正反馈电容容值方法。
[0013]为实现上述又一目的，本专利技术采取的技术方案是一种占空比调节正反馈电容的生物医疗前端检测电路固定接入的正反馈电容容值方法，基于上述的一种占空比调节正反馈电容的的生物医疗前端检测电路，包括以下步骤：
[0014]S1、使用正弦信号模拟高频生理信号通过电极输入所述电路生物医疗前端检测电路，检测所述生物医疗前端检测电路输出信号；
[0015]S2、所述占空比调节信号发生器不发生占空比调节信号，增大所述高位正反馈电容容值，直至所述生物医疗前端检测电路输出信号发生震荡；
[0016]S3、保持步骤S2所述高位正反馈电容容值不变，所述占空比调节信号发生器发生占空比调节信号，连续调节所述最低位反馈电容等效容值，直至所述生物医疗前端检测电路输出信号处于稳定和震荡的边界点。
[0017]优选地，所述占空比调节信号为占空比可变的方波信号，所述占空比调节信号的频率大于所述生物医疗前端检测电路带宽。
[0018]优选地，所述低通滤波器的截止频率小于所述的占空比调节信号的频率。
[0019]优选地，步骤S3当所述生物医疗前端检测电路输出信号震荡时，减小所述占空比调节信号的占空比，当所述生物医疗前端检测电路输出信号稳定时，增加所述占空比调节信号的的占空比，直到所述生物医疗前端检测电路处于正反馈补偿的临界状态。。
[0020]本专利技术一种占空比调节正反馈电容的生物医疗前端检测电路及其固定接入的正反馈电容容值方法有如下有益效果：通过调整电容占空比来连续调整电路正反馈的程度，电路的正反馈电容可以等效为一个时间电容，该时间电容等效容值比电容实际容值要小，可以实现由于工艺限制不能生产的小电容容值，且可在时域控制该等效容值，减小可生产的最小电容容值对输入阻抗校准的限制，实现输入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种占空比调节正反馈电容的生物医疗前端检测电路，其特征在于：包括占空比调节信号发生器、全差分增益电路、正反馈电容环路和低通滤波器；所述全差分增益电路用于对生理信号进行放大；所述正反馈电容环路是接入所述全差分增益电路的正反馈电容阵列，所述正反馈电容阵列包括高位正反馈电容和最低位反馈电容；所述低通滤波电路用于对全差分增益电路输出的高频生物信号进行滤波；所述占空比调节信号发生器用于产生占空比调节信号、连续调节所述最低位反馈电容产生最小等效容值，实现生理信号检测高增益、输入阻抗高校准分辨率。2.根据权利要求1所述的一种占空比调节正反馈电容的生物医疗前端检测电路，其特征在于：所述占空比调节信号为高电平时，所述最低位反馈电容接为所述全差分增益电路的正反馈环路；所述占空比调节信号为低电平时，所述最低位反馈电容接为所述全差分增益电路的负反馈环路。3.根据权利要求2所述的一种占空比调节正反馈电容的的生物医疗前端检测电路，其特征在于：所述全差分增益电路采用于生物信号检测的低噪声低功耗全差分运算放大器，包括连接在所述全差分运算放大器正输入端与负输出端之间的第一负反馈电容、以及所述全差分运算放大器负输入端与正输出端之间的第二负反馈电容，还包括连接在所述全差分运算放大器正输入端与负输出端之间的第一负反馈电阻、以及所述全差分运算放大器负输入端与正输出端之间电连接的第二负反馈电阻，还包括连接所述全差分运算放大器正输入端的第一输入电容、以及所述全差分运算放大器负输入端的第二输入电容。4.根据权利要求3所述的一种占空比调节正反馈电容的的生物医疗前端检测电路，其特征在于：所述高位正反馈电容包括第一高位正反馈电容池和第二高位正反馈电容池，所述最低位反馈电容包括第一最低位反馈电容和第二最低位反馈电容；所述第一高位正反馈电容池、第一最低位反馈电容，以及第二高位正反馈电容池、第二最低位反馈电容电容容值指数增长；所述第一高位正反馈电容池中每个电容一端与全差分运算放大器正输入端口连接、另一端与全差分运算放大器正输出端连接，所述第一最低位反馈电容一端与全差分运算放大器正输入端口连接、另一端与全差分运算放大器正输出端和负输出端分别通过开关连接，所述占空比调节信号为高电平时、所述第一最低位反馈电容另一端与全差分运算放大器正输出端导通，所述占空比调节信号为低电平时、所述第一最低位反馈电容另一端与全差分运算放大器负输出端导通；所述第二高位正反馈电容池中每个电容一端与全差分运...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彦，王露露，林阳，刘怀宇，李永福，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：