生理信號調理電路和生理信號采集系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信號處理領域，具體地，涉及一種生理信號調理電路和生理信號采集系統。
【背景技術】
[0002]為了解人們的身體健康狀況，經常需要對一些生理信號進行采集。例如，心電(ECG)信號和脈搏波(PPG)信號是重要的生理信號，它們包含豐富的人體生理和病理信息，能夠反映人體心血管系統的健康狀況。通過對ECG信號和PPG信號進行采集和分析，可以及時了解人體的健康狀況。
[0003]在現有的生理信號采集系統中，通常通過模數轉換器(ADC)對采集到的生理信號進行模數轉換。由于ADC通常轉換速度較低，因此，如果希望得到高有效位(即高ADC精度)，則需要增加ADC的采樣時間，進而需要增加生理信號的采集時間，這樣會導致生理信號采集系統的功耗較高。
[0004]因此，需要提供一種信號采集技術，以至少部分地解決現有技術中存在的上述問題。
【發明內容】
[0005]為了至少部分地解決現有技術中存在的問題，根據本發明的一個方面，提供一種生理信號調理電路。該生理信號調理電路包括順序連接的第一放大電路、直流消除電路、第二放大電路和電荷保持電路。第一放大電路的輸入端連接到生理信號檢測模塊的輸出端。電荷保持電路的輸出端連接到ADC的輸入端。生理信號檢測模塊用于對待檢測對象進行檢測并輸出生理信號。
[0006]根據本發明的另一方面，提供一種生理信號采集系統。該生理信號采集系統包括生理信號檢測模塊、生理信號調理電路和ADC。生理信號調理電路包括順序連接的第一放大電路、直流消除電路、第二放大電路和電荷保持電路。第一放大電路的輸入端連接到生理信號檢測模塊的輸出端。電荷保持電路的輸出端連接到ADC的輸入端。生理信號檢測模塊用于對待檢測對象進行檢測并輸出生理信號。
[0007]根據本發明提供的生理信號調理電路和生理信號采集系統，由于采用了電荷保持電路，因此后續的ADC的有效采樣時間大大增加，使得本發明能夠在實現高分辨率、高精度的模數轉換的同時降低功耗。
[0008]在
【發明內容】
中引入了一系列簡化的概念，這些概念將在【具體實施方式】部分中進一步詳細說明。本
【發明內容】
部分并不意味著要試圖限定所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。
[0009]以下結合附圖，詳細說明本發明的優點和特征。
【附圖說明】
[0010]本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發明的實施方式及其描述，用來解釋本發明的原理。在附圖中，
[0011]圖1示出根據本發明一個實施例的生理信號調理電路的示意性框圖；
[0012]圖2a示出常規的生理信號調理電路以及關聯電路的示意性框圖；
[0013]圖2b示出根據本發明一個實施例的生理信號調理電路以及關聯電路的示意性框圖；
[0014]圖3示出在一個示例中在圖2a和圖2b所示的四個位置處所測量得到的波形圖；
[0015]圖4示出根據本發明一個實施例的生理信號調理電路以及相關聯的ADC和數模轉換器(DAC)的示意性框圖；
[0016]圖5不出根據本發明一個實施例的第一放大電路的電路不意圖；
[0017]圖6示出根據本發明一個實施例的電荷保持電路的電路示意圖；
[0018]圖7示出根據本發明一個實施例的驅動電路的電路示意圖；以及
[0019]圖8示出根據本發明一個實施例的生理信號采集系統的示意性框圖。
【具體實施方式】
[0020]在下文的描述中，提供了大量的細節以便能夠徹底地理解本發明。然而，本領域技術人員可以了解，如下描述僅涉及本發明的較佳實施例，本發明可以無需一個或多個這樣的細節而得以實施。此外，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
[0021]根據本發明的一個方面，提供一種生理信號調理電路。圖1示出根據本發明一個實施例的生理信號調理電路100的示意性框圖。
[0022]如圖1所示，生理信號調理電路100包括順序連接的第一放大電路110、直流消除電路120、第二放大電路130和電荷保持電路140。第一放大電路110的輸入端連接到生理信號檢測模塊(未示出)的輸出端。電荷保持電路140的輸出端連接到ADC(未示出)的輸入端。其中，生理信號檢測模塊用于對待檢測對象進行檢測并輸出生理信號。待檢測對象可以是，人身上的待檢測部位，例如，人的指尖。生理信號可以是諸如ECG信號、PPG信號等各種合適的生理信號。為描述方便，在下文以PPG信號為例來描述本發明的實現方案，可以理解的是，這并非對本發明的限制。本領域技術人員可以根據本文的描述理解本發明在針對其他生理信號的應用中的實現方式。
[0023]生理信號檢測模塊可以包括驅動電路、光發射器和光電探測器(未示出)。驅動電路的輸入端可以連接到控制電路(未示出)的輸出端。控制電路可以集成在控制單元中，控制單元可以通過專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯陣列(FPGA)、數字處理器(DSP)電路等實現。控制電路可以采用控制單元中的邏輯電路來實現。控制電路用于生成控制信號。驅動電路用于在控制信號的控制下生成驅動信號。驅動信號用于驅動光發射器發射光，以對待檢測對象進行檢測。
[0024]在一個示例中，當人的指尖置于生理信號檢測模塊中時，光發射器(例如發光二極管等)與光電探測器(例如光敏二極管等)分布在指尖的相對的兩側。光發射器可以發出波長為660nm的可見紅光和波長為920?950nm的不可見紅外光。當這兩種光照射到人的指尖上時，相對側的光電探測器可以接收到透射光并將透射光轉換為PPG信號并將其輸出。
[0025]第一放大電路110用于對生理信號檢測模塊輸出的PPG信號進行初級線性放大并將經初級放大的PPG信號輸出到直流消除電路120的輸入端。可以理解的是，第一放大電路110可以將PPG信號以及其中包含的噪聲一起放大，因此，生理信號調理電路100還可以包括相應的去除噪聲的電路(未示出)。
[0026]直流消除電路120用于消除PPG信號中的直流分量的至少一部分。生理信號檢測模塊輸出的PPG信號包含以下兩種分量:(1)緩慢變化的直流分量，它一般可以假設為與所檢測的指尖皮膚的總血容量有關，實際與動脈血的非脈動部分、靜脈血和毛細管血部分以及肌肉組織等部分的光吸收有關；(2)脈動變化的交流分量，它同步于心率，可假設為與動脈血容量有關，主要反映脈動血的光吸收情況。PPG信號的交流分量是疊加在直流分量上的，并且交流信號的幅值一般為直流分量的幅值的1?2%。由于主要是交流分量包含了脈搏信息，所以需要通過直流消除電路120將PPG信號中的大部分直流分量消除，再將剩余的交流分量進一步放大并進行其他處理。
[0027]第二放大電路130用于對消除了大部分直流分量之后的PPG信號進行進一步放大并將經進一步放大的PPG信號輸出到電荷保持電路140的輸入端。由于輸入到第二放大電路130的主要是PPG信號的交流分量，因此第二放大電路130主要對交流分量進行放大，以增大交流分量的信號強度，方便對其進行后續處理。
[0028]電荷保持電路140用于對第二放大電路130輸出的信號進行電荷保持，并將經電荷保持的PPG信號輸出到ADC，以使得ADC能夠獲得充足的有效采樣時間。有效采樣時間是指在該時間段內ADC采樣得到的數據是PPG信號上的有效數據。這樣的有效數據應當能夠反映PPG信號的實際情況。
[0029]下面以PPG信號的采集過程為例進行說明。圖2a示出常規的生理信號調理電路以及關聯電路的示意性框圖，圖2b示出根據本發明一個實施例的生理信號調理電路以及關聯電路的不意性框圖。
[0030]在圖2a中，生理信號調理電路包括差分光電流放大電路250、高通濾波器260和可變增益放大器270，關聯電路包括控制電路210、驅動電路220、光發射器230、光電探測器240、第一 ADC 280和第二 ADC 290。控制電路210向驅動電路220輸入控制信號。驅動電路220在控制信號