一种不同接口时序生物电势信号采集系统及采集电路的同步控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种不同接口时序生物电势信号采集系统及采集电路的同步控制方法，属于生物电势信号采集的技术领域。采集系统包括控制器，第一、第二时序控制逻辑，第一、第二生物电势信号采集电路。控制方法首先由控制器产生等间隔的采样触发脉冲信号序列，触发脉冲信号到来时，控制器向各生物电势信号采集电路并行发送各自所需一组控制命令序列，控制其完成电路内所有通道的动作，然后等待下一个采样触发脉冲信号到来再重复上述工作流程。本发明专利技术可控制多个有不同接口、采集通道数、采样时间及附加功能的生物电势信号采集电路按所需采样频率采样的同步控制方法；也适用于仅用一个模数转换器时分复用采样的多通道生物电势信号采集电路。电路。电路。

【技术实现步骤摘要】
一种不同接口时序生物电势信号采集系统及采集电路的同步控制方法


本专利技术属于生物电势信号采集的
，涉及一种不同接口时序生物电势信号采集系统以及一种不同接口时序生物电势信号采集电路的同步控制方法。

技术介绍

人体细胞或组织产生的电生理信号是神经系统沟通的主要途径，其中蕴含着丰富的生理、疾病和精神状态等信息，对生物电信号的记录可以被用来有效地监测人体状态，也是构建人机交互高速公路的基础。常见的生物电势信号的记录包括在大脑皮层中直接记录神经元的动作电位；从大脑中或者大脑血管中记录的局部场电位信号(LFP)；从大脑皮层表面测量的脑电图(ECoG)；从头皮测量的脑电(EEG)；从肌肉内或附近测量的肌电信号(EMG)以及从心脏上或者心脏附近测量的心电图(ECG)。生物电势信号采集系统通常包括生物电势信号采集器以及运行在计算机上的专用软件等。而生物电势信号采集器一般包括电极、电极接口、信号放大器、模数转换器(ADC)、微控制器、数据通信接口等。在脑科学相关研究中，往往还需要对大脑皮层施加电刺激以获取诱发脑电信号，因此出现了具有电刺激功能的脑电信号采集系统。为了更加全面的获得多个脑区的脑电信号，或者能更精细的分辨大脑皮层活动的区域，需要增加脑电采集系统的电极通道数，通道数可多达1000以上。增加通道数会成倍增加脑电信号放大器和模数转换器数量，成比例增大系统体积。随着集成电路技术的进步，已经可以将多通道的脑电信号放大器、模数转换器等部分集成为一个脑电采集专用电路，也可以将多通道的脑电信号放大器、模数转换器、电刺激电路集成为一个带电刺激功能的脑电采集专用电路。多通道脑电采集电路的应用，极大提高了多通道脑电采集系统的集成度。不同接口时序的生物电势信号采集电路一般采用的接口时钟频率不同、通信时序不同、采集通道数不同、单通道采样时间不同、附加功能不同，而现有的生物电势信号采集器里只适用于同种脑电采集电路，例如具有多个仅有采集功能的生物电势信号采集电路与微控制器等一起组成的生物电势信号采集器。这种生物电势信号采集器通道数可多达1000个以上，但不能进行电刺激。此外，也有具有多个含有电刺激功能的生物电势信号采集电路与微控制器等电路一起组成的有电刺激功能的生物电势信号采集器。但这种生物电势信号采集器通道数少，一般只有100多个。为了满足既能进行电刺激，又有足够多的采集通道的应用需求，可以将具有电刺激功能的生物电势信号采集电路和只有采集功能的生物电势信号采集电路集成在一个生物电势信号采集器中。然而，不同接口时序的生物电势信号采集电路接口不同、命令不同、外部时钟频率不同，如何让不同接口时序的生物电势信号采集电路以相同的采样频率进行同步采样，并兼顾电刺激功能，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

为解决上述技术问题，本专利技术提供了涉及一种不同接口时序生物电势信号采集系
统以及一种不同接口时序生物电势信号采集电路的同步控制方法，同步控制方法包括两个方案。本专利技术采取的技术方案是：一种不同接口时序生物电势信号采集系统，所述的采集系统包括控制器，第一时序控制逻辑，第二时序控制逻辑，第一生物电势信号采集电路，第二生物电势信号采集电路。所述第一生物电势信号采集电路和第二生物电势信号采集电路具有不同的接口时序；所述控制器用于产生采样触发脉冲信号，第一时序控制逻辑用于在所述采样触发脉冲信号的期间内，控制所述第一生物电势信号采集电路根据第一控制命令序列执行第一动作，第一动作包括采集动作和电刺激动作；第二时序控制逻辑用于在所述采样触发脉冲信号的期间内，控制所述第二生物电势信号采集电路根据第二控制命令序列执行第二动作，第二动作包括采集动作。进一步的，所述第一控制命令序列中用于控制所述第一生物电势信号采集电路执行采集动作的命令被优先执行；和/或,所述第二控制命令序列中用于控制所述第二生物电势信号采集电路执行采集动作的命令被优先执行。进一步的，所述第一生物电势信号采集电路包括多个第一接口，所述第一生物电势信号采集电路根据第一控制命令序列依次对所述第一接口执行采集动作和电刺激动作；和/或,所述第二生物电势信号采集电路包括多个第二接口，所述第二生物电势信号采集电路根据第二控制命令序列依次对所述第二接口执行采集动作。进一步的，所述采样触发脉冲信号的时间间隔为T
s
；m个所述第一生物电势信号采集电路和n
‑
m个所述第二生物电势信号采集电路中各所述生物电势信号采集电路完成所有通道完成动作所需时间分别为T
i
(i为1到n，n，m是自然数，且n＞m)，其中，T
g
为T1,T2,T3,
…
,T
i
中最大值，且T
s
大于T
g
。一种不同接口时序生物电势信号采集电路的同步控制方法，基于上述采集系统实现，包括以下两个方案：方案一具体步骤如下：(1)由控制器产生连续的、时间间隔相同的采样触发脉冲信号序列。(2)当所述采样触发脉冲信号有效时(即在采样触发脉冲信号的期间内)，控制器立即以并行方式向所有生物电势信号采集电路连续地发送与生物电势信号采集电路各自接口时序和功能兼容的一组控制命令序列，每个生物电势信号采集电路接收到用于其自身的所述一组控制命令序列后，将控制其完成电路上所有通道的一次采样及其它附加功能。该步骤中，采样命令由控制器触发时序逻辑，时序逻辑自动顺序发送各通道采样命令，电刺激命令则由控制器根据电刺激波形序列数据动态生成，时序逻辑负责在附加功能时隙读取并发送。(3)各生物电势信号采集电路完成电路上所有通道的一次采样及其它附加功能后进入等待状态，直至下一个所述采样触发脉冲信号到来，然后重复步骤(2)。方案二具体步骤如下：(1)控制器产生采样触发脉冲信号。(2)所述采样触发脉冲信号触发时序控制逻辑同时向对应的n个生物电势信号采
集电路发送对应的控制命令序列。(3)每个生物电势信号采集电路根据接收到的所述控制命令序列，控制其上的所有通道完成动作，所述动作包括采集动作。(4)各生物电势信号采集电路在其上所有通道完成动作后进入等待状态，所述采样触发脉冲信号的间期大于完成步骤(2)、步骤(3)所需时间。进一步的，所述采样触发脉冲信号的频率为所需的采样频率，生物电势信号采集器中的所有生物电势信号采集电路各通道的采样频率均与所述采样触发脉冲信号频率相同。所述采样频率根据不同应用场景的需求由计算机进行配置。本专利技术采样为时分复用方式，每个触发脉冲后，各ch仅采样一次，因此单独拿出任何一个ch，其名义采样频率与触发频率相同，也即所需采样频率。进一步的，两个方案中所述附加功能包括电刺激功能。进一步的，由所述控制器保证，同一接口时序的生物电势信号采集电路接收所述一组控制命令序列的时间均相同，生物电势信号采样数据在接收所述一组控制命令序列的同时输出完毕。本专利技术中：第1条采样命令的采样结果在第3条命令进入的同时输出，以此类推。因为最后跟随2条以上的附加命令，因此最后两条采样命令的采样结果也能在本次触发周期内获得。总之每次采样触发所发送的一组控制命令序列，可以获得所需全部通道的采样数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不同接口时序生物电势信号采集系统，其特征在于：所述的采集系统包括控制器，第一时序控制逻辑，第二时序控制逻辑，第一生物电势信号采集电路，第二生物电势信号采集电路；所述第一生物电势信号采集电路和第二生物电势信号采集电路具有不同的接口时序；所述控制器用于产生采样触发脉冲信号，第一时序控制逻辑用于在所述采样触发脉冲信号的期间内，控制所述第一生物电势信号采集电路根据第一控制命令序列执行第一动作；第二时序控制逻辑用于在所述采样触发脉冲信号的期间内，控制所述第二生物电势信号采集电路根据第二控制命令序列执行第二动作。2.根据权利要求1所述的一种不同接口时序生物电势信号采集系统，其特征在于：所述第一动作包括采集动作和电刺激动作；所述第二动作包括采集动作。3.根据权利要求1所述的一种不同接口时序生物电势信号采集系统，其特征在于：所述第一控制命令序列中用于控制所述第一生物电势信号采集电路执行采集动作的命令被优先执行，和/或，所述第二控制命令序列中用于控制所述第二生物电势信号采集电路执行采集动作的命令被优先执行。4.根据权利要求1所述的一种不同接口时序生物电势信号采集系统，其特征在于：所述第一生物电势信号采集电路包括多个第一接口，所述第一生物电势信号采集电路根据第一控制命令序列依次对所述第一接口执行采集动作和电刺激动作；和/或,所述第二生物电势信号采集电路包括多个第二接口，所述第二生物电势信号采集电路根据第二控制命令序列依次对所述第二接口执行采集动作。5.一种基于权利要求1
‑
4任一所述的采集系统实现的不同接口时序生物电势信号采集电路的同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)控制器产生连续的、等时间间隔的采样触发脉冲信号；(2)在所述采样触发脉冲信号的期间内，所述控制器以并行方式向所有生物电势信号采集电路连续地发送与生物电势信号采集电路各自接口时序和功能兼容的一组控制命令序列，每个生物电势信号采集电路接收到对应的所述一组控制命令序列后，将控制其上的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏书峰，车嘉铭，王译，边英男，陈晓明，
申请(专利权)人：深圳市应和脑科学有限公司，
类型：发明
国别省市：