專利名稱：電子血壓計及其標定方法
技術領域：
本發明涉及血壓計，特別是電子血壓計及其自動標定方法。
背景技術：
無創電子血壓計和血壓監護儀絕大多數采用示波法，示波法血壓測量控制硬件 (PCBA)主要包括壓力傳感器、恒流源、放大和濾波器、按鍵、泵\閥驅動、顯示等幾個部分。 以降壓測試法為例，在放氣過程中，壓力傳感器將袖帶內壓力信號轉換為電信號，電信號 通過濾波器得到拋物線包絡的脈搏壓力波，最后由血壓算法計算出收縮壓(SBP)、舒張壓 (DBP)和平均血壓(MAP)。目前，電子血壓計都是采用分離組件組合實現，電路復雜，成本高。它們通過電位 器實現調試和標定，操作麻煩，而且在運輸過程中電位器受振動易產生變化，穩定性差。
發明內容
本發明的目的是提供一種外圍電路簡單、成本低、穩定性好的電子血壓計及其標 定方法。本發明電子血壓計包括壓力傳感器、顯示屏和信號處理電路，壓力傳感器將袖帶 內壓力信號轉換為電信號，經信號處理電路處理后在顯示屏上顯示收縮壓、舒張壓和平均 血壓，其特征在于所述信號處理電路包括用于將壓力傳感器的輸出信號按比例放大到與 模數轉換器的輸入范圍相匹配的可編程增益放大器、用于從可編程增益放大器的輸出中提 取脈搏信號的帶通濾波器、用于將帶通濾波器及可編程增益放大器輸出的模擬信號轉換為 數字信號的模數轉換器，以及根據模數轉換器輸出的信號計算收縮壓、舒張壓和平均血壓 的MCU，所述可編程增益放大器、帶通濾波器、模數轉換器、MCU以及所述顯示屏的驅動電路 集成在一個SoC (System on a Chip)芯片中。進一步還可在所述MCU內置數字濾波程序，以濾除50Hz的工頻干擾對脈搏信號的影響。進一步可將為MCU和模數轉換器提供時鐘信號的實時時鐘模塊集成于所述SoC芯 片內。本發明還提供一種電子血壓計標定方法，該方法可通過程序自動實現，具體包括 以下步驟a、給可編程增益放大器設置一個經驗增益參數和偏置參數；b、使壓力傳感器受力為0，MCU改變可編程增益放大器的偏置參數并檢測模數轉 換器的輸出是否在合適的零點內碼值范圍內，進行零點預標定，使可編程增益放大器得到 準確的偏置參數；C、使壓力傳感器受力為血壓計量程的最大值，MCU改變可編程增益放大器的增益 參數并并檢測模數轉換器的輸出是否在合適的滿幅點內碼值范圍內，進行滿幅點標定，使 可編程增益放大器得到準確的增益參數；
d、使傳感器受力為0，MCU采集模數轉換器此時的內碼值并存儲，完成零點標定； 以及e、使傳感器受力為指定值，MCU采集模數轉換器對應的內碼值并存儲，完成中間點 標定。本發明將可編程增益放大器(PGA)、濾波器、模數轉換器(ADC)、MCU、IXD驅動電路 等集成在一個SoC芯片內，整個電子血壓計電路僅由一個SoC芯片、壓力傳感器和少量的外 圍阻容元件組成，大大減化了外圍電路，減少了硬件開支，從而能大大提高生產效率，降低 生產成本。其在SoC內部內置了可編程的增益和偏置參數設置，針對每個壓力傳 感器的量程 和偏置進行個性化設置，把ADC的量程范圍發揮到極至，極大地提高了 ADC的使用效率，避 免ADC的浪費，進一步達到降低生產成本的目的。其系統標定和調試通過SoC內的參數設置實現，可由程序控制自動完成，大大簡 化了標定工序，而且標定完后的產品不會受運輸過程中振動的影響，穩定性好。
圖1是本電子血壓計的原理圖；圖2是圖1中可編程增益放大器的原理圖；圖3是圖1中帶通濾波器的原理圖；圖4a是實驗中測得的PGA輸出的壓力信號的波形圖；圖4b是實驗中測得的帶通濾波器輸出的脈搏信號的波形圖；圖5a_c是系統標定過程的示意圖，其中a所示是零點預標定，b所示是滿幅點標 定，c所示是零點及中間點標定。
具體實施例方式參照圖1，本電子血壓計包括壓力傳感器2、顯示屏3和信號處理電路1，壓力傳感 器2將袖帶內壓力信號轉換為電信號，經信號處理電路1處理后在顯示屏3上顯示收縮壓、 舒張壓和平均血壓，所述信號處理電路1包括用于將壓力傳感器2的輸出信號按比例放大 到與模數轉換器13的輸入范圍相匹配的可編程增益放大器(PGA) 11、用于從可編程增益放 大器11的輸出中提取脈搏信號的帶通濾波器12、用于將帶通濾波器12及可編程增益放大 器11輸出的模擬信號轉換為數字信號的模數轉換器(ADC) 13，以及根據模數轉換器輸出的 信號計算收縮壓、舒張壓和平均血壓的MCU 14，所述可編程增益放大器11、帶通濾波器12、 模數轉換器13、MCU 14以及所述顯示屏3的驅動電路15集成在一個SoC芯片中。圖1中PWMO是壓力泵的驅動信號，用于控制壓力泵向袖帶內充氣。PWMl是排氣閥 的驅動信號，用于驅動排氣閥工作，控制袖帶內氣體的排出。壓力傳感器2采用電阻式壓力傳感器，由四個等值電阻組成電橋，其輸出電壓和 輸入壓力成正比，如全壘MPS-3110和聯電US-09111-006。壓力傳感器2采用恒流源驅動， 所述恒流源由運放OPl和兩個電阻構成，為壓力傳感器2提供恒定電流，構成恒流源的運放 OPl集成于所述SoC芯片中。壓力傳感器2也可以采用恒壓源驅動。可編程增益放大器11采用可編程儀用放大器，儀用放大器的主要特點就是具有高輸入阻抗而不會對傳感器的恒流電路產生影響，同時又能保證對小信號放大的高增益 性。參照圖2，可編程儀用放大器11包含兩個部分的可編程增益，可分別多檔設置增益倍 數，如需要調整輸出范圍可分別通過VREFl及VREF2兩個偏置電壓實現。參照圖1、2，可編 程儀用放大器11 一路輸出至ADC13的輸入通道AN1，該路同時輸出至帶通濾波器12，可編 程儀用放大器11另一路輸出至ADC13的輸入通道ΑΝ0。參照圖1、3，帶通濾波器12由兩個運放0P2、0P3和外圍電阻R1-R12、電容C1-C5 構成，其帶寬為10Hz-500Hz。帶通濾波器12輸入端接可編程增益放大器11的一輸出端，帶 通濾波器12輸出端接模數轉換器13的輸入通道AN2。可編程增益放大器11輸出的壓力信 號通過帶通濾波器12濾波后得到脈搏信號。從而得到了示波法血壓測量所需要的兩路信 號壓力信號和脈搏信號。圖4a所示是實驗中測得的可編程增益放大器11輸出的壓力信 號的波形，圖4b所示是圖4a壓力信號經帶通濾波器12濾波后的脈搏信號的波形，信號的 采集過程是以袖帶放氣時檢測壓力 和脈搏信號為例。針對于50Hz的工頻干擾，前端在硬件電路上已經通過低通濾波處理，如未完全抑 制，在應用中將影響系統對脈搏峰值的確認，因此本發明中在MCU14內置數字濾波程序，通 過一定的算法實現濾除50Hz的工頻干擾對脈搏信號的影響，以提高血壓計的測量精度。SoC芯片內建實時時鐘(RTC)模塊，為MCU和模數轉換器提供時鐘信號。另外，本 電子血壓計設有省電模式，SoC內建喚醒電路，省電模式下可用于關閉DC/DC器件。由于半導體材料固有的特性，壓力傳感器普遍存在以下問題I. 一致性問題即 使是同一批生產的傳感器，其特性也會有比較大的離散性，為了確保足夠的精確度，必須對 每個傳感器進行校正。II.溫度飄移問題半導體材料對溫度變化是很敏感的，實際測試 lmmHg/liTC，必須采取一定的措施對傳感器的溫度飄移進行補償。III.時間飄移問題實 際測試半導體材料有時飄現象，一分種有3mmHg。一般而言，測試過程不會超過40秒。本發 明電子血壓計采用開機歸零方式(壓力傳感器開機時要先進行零點偏移校正)，可以有效 解決飄移問題。對于傳感器的離散性問題，本發明電子血壓計通過系統標定過程中對內建的可編 程增益放大器的增益參數和偏置參數調整來實現對傳感器的校正。血壓計的標定可通過程 序自動實現，參照圖5a_c，具體標定方法依次包括以下步驟a、給可編程增益放大器設置一個經驗增益參數和偏置參數；b、使壓力傳感器受力為0，MCU改變可編程增益放大器的偏置參數并檢測模數轉 換器的輸出是否在合適的零點內碼值范圍內，進行零點預標定，使可編程增益放大器得到 準確的偏置參數；C、使壓力傳感器受力為血壓計量程的最大值，MCU改變可編程增益放大器的增益 參數并檢測模數轉換器的輸出是否在合適的滿幅點內碼值范圍內，進行滿幅點標定，使可 編程增益放大器得到準確的增益參數；d、使傳感器受力為0，MCU采集模數轉換器此時的內碼值并存儲，完成零點標定； 以及e、使傳感器受力為指定值，MCU采集模數轉換器對應的內碼值并存儲，完成中間點 標定。上述步驟b中，所述零點內碼值為2nx 1/8，其中η為模數轉換器的位數，當模數轉換器的輸出接近2nx 1/8時，將此時的偏置參數定為可編程增益放大器的準確偏置參數。上述步驟c中，所述滿幅點內碼值為2nx7/8，其中η為模數轉換器的位數，當模數 轉換器的輸出接近2ηχ7/8時，將此時的增益參數定為可編程增益放大器的準確增益參數。 所述標定是指記錄壓力傳感器的固定點壓力所對應的ADC的內碼值，標定的目的 是為了在測量過程中MCU能通過所得內碼值計算出實際壓力。具體標定點的選擇視壓力傳 感器線性特性而定。
權利要求
一種電子血壓計，包括壓力傳感器、顯示屏和信號處理電路，壓力傳感器將袖帶內壓力信號轉換為電信號，經信號處理電路處理后在顯示屏上顯示收縮壓、舒張壓和平均血壓，其特征在于所述信號處理電路包括用于將壓力傳感器的輸出信號按比例放大到與模數轉換器的輸入范圍相匹配的可編程增益放大器、用于從可編程增益放大器的輸出中提取脈搏信號的帶通濾波器、用于將帶通濾波器及可編程增益放大器輸出的模擬信號轉換為數字信號的模數轉換器，以及根據模數轉換器輸出的信號計算收縮壓、舒張壓和平均血壓的MCU，所述可編程增益放大器、帶通濾波器、模數轉換器、MCU以及所述顯示屏的驅動電路集成在一個SoC芯片中。
2.如權利要求1所述的電子血壓計，其特征在于所述壓力傳感器采用恒流源驅動，所 述恒流源由運放和電阻構成，構成恒流源的運放集成于所述SoC芯片中。
3.如權利要求1所述的電子血壓計，其特征在于所述帶通濾波器由兩個運放和外圍 電阻、電容構成，其帶寬為10Hz-500Hz。
4.如權利要求1所述的電子血壓計，其特征在于所述MCU內置數字濾波程序，以濾除 50Hz的工頻干擾對脈搏信號的影響。
5.如權利要求1所述的電子血壓計，其特征在于為MCU和模數轉換器提供時鐘信號 的實時時鐘模塊集成于所述SoC芯片內。
6.一種電子血壓計標定方法，其特征在于依次包括以下步驟a、給可編程增益放大器設置一個經驗增益參數和偏置參數；b、使壓力傳感器受力為0，MCU改變可編程增益放大器的偏置參數并檢測模數轉換器 的輸出是否在合適的零點內碼值范圍內，進行零點預標定，使可編程增益放大器得到準確 的偏置參數；C、使壓力傳感器受力為血壓計量程的最大值，MCU改變可編程增益放大器的增益參數 并檢測模數轉換器的輸出是否在合適的滿幅點內碼值范圍內，進行滿幅點標定，使可編程 增益放大器得到準確的增益參數；d、使傳感器受力為O，MCU采集模數轉換器此時的內碼值并存儲，完成零點標定；e、使傳感器受力為指定值，MCU采集模數轉換器對應的內碼值并存儲，完成中間點標定。
7.如權利要求6所述的電子血壓計標定方法，其特征在于步驟b中所述零點內碼值 為2nx 1/8，其中η為模數轉換器的位數，當模數轉換器的輸出接近2η χ 1/8時，將此時的 偏置參數定為可編程增益放大器的準確偏置參數。
8.如權利要求6所述的電子血壓計標定方法，其特征在于步驟c中所述滿幅點內碼 值為2nx7/8，其中η為模數轉換器的位數，當模數轉換器的輸出接近2ηχ7/8時，將此時的增 益參數定為可編程增益放大器的準確增益參數。
全文摘要
一種電子血壓計，包括壓力傳感器、顯示屏和信號處理電路，壓力傳感器將袖帶內壓力信號轉換為電信號，經信號處理電路處理后在顯示屏上顯示收縮壓、舒張壓和平均血壓，所述信號處理電路包括可編程增益放大器、帶通濾波器、模數轉換器以及MCU，所述可編程增益放大器、帶通濾波器、模數轉換器、MCU以及所述顯示屏的驅動電路集成在一個SoC芯片中。本發明電子血壓計外圍電路簡單、成本低、穩定性好。本發明還涉及電子血壓計標定方法，其通過SoC內的參數設置實現，可由程序控制自動完成，大大簡化了標定工序，而且標定完后的產品不會受運輸過程中振動的影響，穩定性好。
文檔編號A61B5/0225GK101884529SQ20091010696
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者丘守慶, 單大地, 許申生 申請人:深圳市鑫匯科科技有限公司