具有交流激励功能的集成电生理信号放大器制造技术

本发明专利技术提供了一种具有交流激励功能的集成电生理信号放大器，包括电容耦合放大器、低通滤波电路、带通滤波电路、振荡电路、正交激励电流发生电路和阻抗分析电路，所述电容耦合放大器的输出端分别与所述低通滤波电路的输入端、所述带通滤波电路的输入端连接；所述电容耦合放大器与电生理信号采集电极通过电容进行交流耦合；所述振荡电路产生频率为激励频率的正弦电压信号；所述正交激励电流发生电路，将该正弦电压信号转换为双路正交的交流激励电流信号；所述阻抗分析电路，通过比较所述振荡电路和所述带通滤波电路的输出信号，分析出电生理信号采集电极的阻抗。本发明专利技术能够实时监控电极的阻抗特性，可准确判断电极与皮肤的接触情况。

【技术实现步骤摘要】
具有交流激励功能的集成电生理信号放大器
本专利技术涉及集成生理信号放大器，特别涉及一种具有交流激励功能并可以进行电极阻抗监测的集成心电信号放大器。
技术介绍
随着社会信息化进程的不断加快以及人们对生命健康的日趋重视，医疗仪器与生物医学设备的发展呈现出家用化、小型化和微型化的趋势，而用于放大或采集心电、脑电、眼电、肌电等低频动态生理信号的专用集成电路更成为其中一个热点方向。目前，以CMOS或BJT工艺实现的全集成生理信号放大器多采用交流耦合结构，通常设置高值电容为输入耦合器件，设置工作在亚阈值区的晶体管作为高值伪电阻器件，以获得较低的低频高通截止频率(例如，低于1Hz)，故造成此类放大器的建立时间较慢，在临床使用中稳定性较差。另一方面，这种集成的生理信号放大器常常用于便携式心电或脑电监控设备当众，这一类设备由于摘带频繁、使用随意性较强，在测试过程中记录电极特别容易受到人为的干扰而改变状态，人们却不能实时有效地掌握电极的情况，从而造成测试的不准确。
技术实现思路
本专利技术旨在解决交流耦合结构集成电生理信号放大器建立时间较慢，且无法在正常采集生理信号的同时有效地监控电极阻抗情况的问题。为解决这两个问题，本专利技术提出了一种具有交流激励功能的集成电生理信号放大器结构。为达到上述目的，本专利技术公开了一种具有交流激励功能的集成电生理信号放大器，包括电容耦合放大器、低通滤波电路、带通滤波电路、振荡电路、正交激励电流发生电路和阻抗分析电路，其中，所述电容耦合放大器，其输出端分别与所述低通滤波电路的输入端、所述带通滤波电路的输入端连接，对来自所述电生理信号采集电极的低频电生理信号进行放大；所述电容耦合放大器与电生理信号采集电极通过电容进行交流耦合；所述低通滤波电路，对所述电容耦合放大器的输出信号进行处理，滤去所述电容耦合放大器对来自所述正交激励电流发生电路的激励电流信号的响应以及高频噪声，最终输出放大后的生理信号；所述带通滤波电路，对所述电容耦合放大器的输出信号进行处理，滤去除对来自所述正交激励电流发生电路的激励电流信号的响应外的信号，最终输出所述电容耦合放大器对该激励电流信号的响应；所述振荡电路，产生频率为激励频率的正弦电压信号；所述正交激励电流发生电路，将该正弦电压信号转换为双路正交的交流激励电流信号，并通过两输出端分别输出；所述正交激励电流发生电路的一输出端通过电生理信号采集电极与所述电容耦合放大器的正输入端连接；所述正交激励电流发生电路的另一输出端通过参考电极与所述电容耦合放大器的负输入端连接；所述阻抗分析电路，通过比较所述振荡电路和所述带通滤波电路的输出信号，分析出电生理信号采集电极的阻抗。实施时，所述电容耦合放大器提供不小于40dB的电压增益，并具有带通频率特性，通带的低频截止频率达1Hz以下，而高频截止频率达10KHz以上。实施时，低通滤波电路采用开关电容结构或者Gm-C结构，其特征频率介于100Hz至250Hz之间。实施时，所述带通滤波电路采用开关电容结构或者Gm-C结构，其特征频率高于所述低通滤波电路10倍频程，该特征频率介于1KHz至2.5KHz之间。实施时，所述振荡电路产生频率为所述带通滤波电路的特征频率的电压激励信号。实施时，电生理信号采集电极、参考电极、地电极分别放置在同一人体或者动物体的三个不同位置；所述电生理信号采集电极与所述地电极之间存在生物组织，形成电学上的通路；所述参考电极与所述地电极之间存在生物组织，形成电学上的通路；所述正交激励电流发生电路，具有正输出端和负输出端，其中，该正输出端通过电生理信号采集电极，在电生理信号采集电极与地电极之间的生物组织通路中，形成第一激励电流信号；该负输出端通过参考电极，在参考电极与地电极之间的生物组织通路中，形成第二激励电流信号；第一激励电流信号与第二激励电流信号正交，从而在各自的生物组织通路中产生交变电势差，该交变电势差不高于所述电生理信号采集电极采集得到的电生理信号的平均值的十分之一。与现有技术相比，本专利技术所述的具有交流激励功能的集成电生理信号放大器，将交流激励功能引入集成电生理信号放大器，采用-3dB带宽为万赫兹量级的电容耦合放大器作为电生理信号的放大模块，采用频率为千赫兹量级的正交交变电流信号作为激励源，激励电极以及放大器的输入耦合电容。本专利技术能够有效降低电容耦合放大器的建立时间，并能够保证在正常采集生理信号的同时，实时监控电极的阻抗特性，可准确判断电极与皮肤的接触情况，有望大规模应用于心电、脑电、眼电、肌电等低频电生理信号的测量。附图说明图1是本专利技术所述的具有交流激励功能的集成电生理信号放大器的结构图；图2是本专利技术所述的具有交流激励功能的集成电生理信号放大器的工作原理示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供了一种具有交流激励功能的集成电生理信号放大器，包括电容耦合放大器1、低通滤波电路2、带通滤波电路3、振荡电路4、正交激励电流发生电路5和阻抗分析电路6，其中，所述电容耦合放大器1，其输出端分别与所述低通滤波电路2的输入端、所述带通滤波电路3的输入端连接，完成对来自电生理信号采集电极7的心电、脑电、眼电、肌电等低频电生理信号的放大；所述电容耦合放大器1与所述电生理信号采集电极7通过电容进行交流耦合，以避免电生理信号采集电极7采集的生理信号中的直流漂移对所述电容耦合放大器1的放大性能产生影响；所述低通滤波电路2，对所述电容耦合放大器1的输出信号进行处理，滤去所述电容耦合放大器1对来自所述正交激励电流发生电路5的激励电流信号的响应以及其他高频噪声，最终输出放大后的生理信号；所述带通滤波电路3，对所述电容耦合放大器1的输出信号进行处理，滤去除对来自所述正交激励电流发生电路5的激励电流信号的响应外的信号，最终输出所述电容耦合放大器1对该激励电流信号的响应；所述振荡电路4，产生频率为激励频率的正弦电压信号；所述正交激励电流发生电路5，将该正弦电压信号转换为具有一定输出阻抗的双路正交的交流激励电流信号；所述正交激励电流发生电路5的一输出端通过电生理信号采集电极7与所述电容耦合放大器1的正输入端连接；所述正交激励电流发生电路5的另一输出端通过参考电极8与所述电容耦合放大器1的负输入端连接；所述阻抗分析电路6，通过比较所述振荡电路4和所述带通滤波电路3的输出信号，分析出电生理信号采集电极7的阻抗。本专利技术所述的具有交流激励功能的集成电生理信号放大器的工作原理如图2所示，其中：10为振荡电路4的输出信号，作为正交激励电流发生电路5的输入；11为振荡电路4的输出信号，作为阻抗分析电路6的输入；12为正交激励电流发生电路5的输出信号，作为“正相位输入电极7-地电极9”回路的交变激励电流；13为正交激励电流发生电路5的输出信号，作为“负相位输入电极8-地电极9”回路的交变激励电流；14为电极采集到的电生理信号，为正相位输入电极7与负相位输入电极8之间的电势差；15为电容耦合放大器1的输出信号，包含放大后的电生理信号以及放大器对激励信号的响应；16为低通滤波电路2的输出信号，仅包含放大后的电生理信号；17为带通滤波电路3的输出信号，仅包含放大器对激励信号的响应。电生理信号采集电极7，为正相位输入电极，直接接触生物组织，用于心电、脑电、眼电、肌电等低频电生理信号；参考电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有交流激励功能的集成电生理信号放大器，其特征在于，包括电容耦合放大器、低通滤波电路、带通滤波电路、振荡电路、正交激励电流发生电路和阻抗分析电路，使用时，一电生理信号采集电极、一参考电极、一地电极分别放置在同一人体或者动物体的三个不同位置，其中，所述电生理信号采集电极与所述地电极之间存在生物组织，形成电学上的通路；所述参考电极与所述地电极之间存在生物组织，形成电学上的通路；所述电容耦合放大器，其输出端分别与所述低通滤波电路的输入端、所述带通滤波电路的输入端连接，对来自所述电生理信号采集电极的低频电生理信号进行放大；所述电容耦合放大器与电生理信号采集电极通过电容进行交流耦合；所述低通滤波电路，对所述电容耦合放大器的输出信号进行处理，滤去所述电容耦合放大器对来自所述正交激励电流发生电路的激励电流信号的响应以及高频噪声，最终输出放大后的生理信号；所述带通滤波电路，对所述电容耦合放大器的输出信号进行处理，滤去除对来自所述正交激励电流发生电路的激励电流信号的响应外的信号，最终输出所述电容耦合放大器对该激励电流信号的响应；所述振荡电路，产生频率为激励频率的正弦电压信号；所述正交激励电流发生电路具有正输出端和负输出端，所述正交激励电流发生电路将该正弦电压信号转换为双路正交的交流激励电流信号，并通过正输出端和负输出端分别输出该交流激励电流信号；所述正交激励电流发生电路的正输出端通过电生理信号采集电极与所述电容耦合放大器的正输入端连接，该正...

【专利技术属性】
技术研发人员：许奇明，张旭，侯世国，
申请(专利权)人：北京汉朔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：