單通道心電采集芯片制造技術

本發明專利技術涉及一種單通道心電采集芯片，包括：輸入緩沖器模塊，用于采集外部電極的信號；預放大模塊，用于對所述外部電極的信號進行第一級放大；雙端轉單端模塊，用于接收經第一級放大的信號，并將所述信號轉換成單端信號輸出；濾波模塊，用于對所述單端信號進行濾波；后級放大模塊，用于將經所述低通濾波電路濾波后的單端信號進行第二次放大；輸出緩沖器模塊，用于輸出經第二級放大后的單端信號。本發明專利技術提供的單通道心電采集芯片將各個模塊集成到硅片上，降低了成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及醫療芯片領域，尤其涉及一種單通道心電采集芯片。
技術介紹
隨著移動醫療行業的發展，移動健康設備及個人便攜式監護醫療等便攜式醫療終端在整個醫療行業中占據著越來越重要的作用。醫療采集芯片作為移動便攜式醫療終端中重要組成部分在采集生理信號方面發揮了重要的作用。目前采集心電信號的主要方式是通過搭建板級電路實現，會占用較大的面積。市場上德州儀器(TI)已有一款適用于心電檢測的前端采集芯片ADS1298，其結構包括前端可調增益預放大電路，模數轉換(ADC)模塊，右腿驅動模塊，導聯檢測模塊等。但是此款芯片內部并未進行傳統的模擬濾波處理，而是通過一個超高精度(24位)的ADC模塊來獲取數字信號，進而進行數字濾波，實現成本較高。在片內模擬濾波的技術上，國內外關于心電等生理信號采集的集成電路已經有了 一定的研究，文獻[Wattanapanitch, ff. ；Fee, Μ. ；Sarpeshkar, R. ； , An Energy-Efficient Micropower Neural Recording Amplifier, Biomedical Circuits and Systems, IEEE Transactions on, vol. I, no. 2, PP. 136-147, June2007]公開了一種應用于采集神經電信號的集成電路結構，其實現了神經電信號采集模擬前端的放大濾波功能，但是在噪聲、共模抑制等特性方面需要進一步優化。
技術實現思路
基于此，有必要針對上述心電采集芯片存在的缺陷，提供一種低成本的單通道心電采集芯片。一種單通道心電采集芯片，包括輸入緩沖器模塊，用于采集外部電極的信號；預放大模塊，用于對所述外部電極的信號進行第一級放大；雙端轉單端模塊，用于接收經第一級放大的信號，并將所述信號轉換成單端信號輸出；濾波模塊，用于對所述單端信號進行濾波；后級放大模塊，用于經所述低通濾波電路濾波后的單端信號進行第二次放大；輸出緩沖器模塊，用于輸出經第二級放大后的單端信號。在本實施例中，所述預放大模塊包括由全差分跨導放大器、電容及虛擬電阻組成的對稱性結構電路。在本實施例中，所述濾波模塊包括低通濾波電路，所述單端信號經所述低通濾波電路進行濾波。在本實施例中，所述濾波模塊包括有源高通濾波電路及低通濾波電路，所述單端信號依次經所述有源高通濾波電路及所述低通濾波電路進行濾波。在本實施例中，所述濾波模塊包括片外高通濾波電路及低通濾波電路，所述單端信號依次經所述片外高通濾波電路及所述低通濾波電路進行濾波。在本實施例中，所述低通濾波電路包括由跨導放大器及電容組成的二階低通濾波器。在本實施例中，所述低通濾波電路為具有二階巴特沃斯結構的有源濾波器。在本實施例中，所述單通道心電采集芯片還包括右腿驅動電路模塊，所述右腿驅動電路模塊用于檢測所述輸入buffer采集模塊的共模電壓，并將所述共模電壓反饋至所述外部電極。在本實施例中，所述單通道心電采集芯片還包括導聯脫落檢測模塊，所述導聯脫落檢測模塊電性連接于所述輸入緩沖器模塊用于監測導聯連接狀態。 在本實施例中，所述單通道心電采集芯片還包括電源管理模塊，所述電源管理模塊用于對所述心電采集芯片提供電源電壓及工作電流。在本實施例中，所述單通道心電采集芯片還包括基線快速恢復模塊，所述基線快速恢復模塊電性連接于所述預放大模塊和所述濾波電路。在本實施例中，所述單通道心電采集芯片還包括控制位信號模塊，所述控制位信號模塊用于控制上述所有模塊的工作狀態。本專利技術提供的單通道心電采集芯片將各個模塊集成到硅片上，降低了成本；該芯片內集成了采用精確比例的電容放大結構的預放大模塊，實現更高的共模抑制比，同時結合虛擬電阻實現高通濾波，去除極化電壓的限制；該芯片內集成了模擬模塊，降低了后續開發的成本；該芯片內還集成了右腿驅動電路模塊，更好地抑制了工頻干擾；該芯片內還集成了導聯脫落檢測模塊能夠及時監測導聯連接狀態；該芯片內還集成了電源管理模塊能夠為系統提供穩定的電源電壓和基準工作電流。附圖說明圖I為本專利技術實施例一提供的單通道心電采集芯片的結構示意圖。圖2為本專利技術實施例一提供的預放大模塊的原理示意圖。圖3為本專利技術實施例一提供的雙端轉單端模塊的原理示意圖。圖4為本專利技術實施例一提供的低通濾波電路的原理示意圖。圖5為本專利技術另實施例二提供的低通濾波電路的原理示意圖。圖6為本專利技術實施例一提供的后級放大模塊的原理示意圖圖7為本專利技術實施例一提供的右腿驅動電路模塊的原理示意圖。圖8為本專利技術實施例一提供的導聯脫落檢測模塊的原理示意圖。圖9(a)為本專利技術實施例一提供的單通道心電采集芯片當輸入幅度為3mV正弦信號時的輸出信號仿真圖。圖9(b)為本專利技術實施例一提供的單通道心電采集芯片通過搭建人體模型模擬產生人體心電信號作為輸入信號時的輸出信號仿真圖。圖10為本專利技術實施例一提供的單通道心電采集芯片的共模抑制比仿真圖。具體實施方式請參閱圖1，圖I為本專利技術實施例一提供的單通道心電采集芯片的示意圖。單通道心電采集芯片100包括輸入緩沖器模塊110、預放大模塊120、雙端轉單端模塊130、濾波模塊140、后級放大模塊150及輸出緩沖器模塊160。輸入緩沖器(buffer)模塊110用于采集外部電極的信號即人體的心電信號強度。 由于心電信號是幾十到幾百微伏(μν)級的微弱信號且負載能力較差，人體電阻為千歐 (kQ)到兆歐(ΜΩ)級的大電阻，因此要求采集前端的等效輸入電阻足夠大，否則根據電路電阻串聯分壓的原理，難以保證從人體采集到的心電信號強度。在本專利技術提供的實施例中， 輸入緩沖器模塊110是采用一個具有高輸入阻抗，低輸出阻抗，低噪聲，低功耗，雙端輸入單端輸出特性的放大器，并通過單位增益接法實現，能夠對人體和電路進行有效隔離，避免電路遭受一些瞬間脈沖的破壞，同時也避免電路可能產生的瞬間高電壓對人體造成傷害。請參閱圖2，為本專利技術實施例一提供的預放大模塊120原理示意圖。預放大模塊 120用于將經輸入緩沖器(buffer)模塊110采集的心電信號進行第一級放大。預放大模塊 120 包括由全差分跨導放大器(OTA !operational transconductance amplifier) 121、 電容122及虛擬電阻123組成的對稱性結構電路，即電阻Rtl = R1 ;電容C1 = C2 ;電容C3 = C4;MN1(開關管)，MN2(開關管)有相同的尺寸。預放大模塊120的傳遞函數如式(1)，其中Rf為虛擬電阻123的等效電阻值。(VOUTP-VOUIN) / (VINP-VINN) = -Rf^C1S/(I+Rf *C3s) (I)式中，VOUTP, VOUTN分別為預放大模塊120的正輸出電壓和負輸出電壓，VINP, VINN分別為預放大模塊120的正輸入電壓和負輸入電壓，Rf為虛擬電阻的等效電阻值，C1, C3分別為圖中電容Cp C3的相應電容值。0TA121與四個電容(電容C。C2, C3> C4)構成電容比例放大電路，實現增益Av =-C1/C2的放大功能，同時與跨接在放大器上的虛擬電阻Rf共同實現截止頻率f = I/2ΠRfC3的高通濾波特性。預放大模塊120采用精確比例的電容放大結構，實現更高的共模抑制比；本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種單通道心電采集芯片，其特征在于，包括：輸入緩沖器模塊，用于采集外部電極的信號；預放大模塊，用于對所述外部電極的信號進行第一級放大；雙端轉單端模塊，用于接收經第一級放大的信號，并將所述信號轉換成單端信號輸出；濾波模塊，用于對所述單端信號進行濾波；后級放大模塊，用于將經所述低通濾波電路濾波后的單端信號進行第二次放大；輸出緩沖器模塊，用于輸出經第二級放大后的單端信號。

【技術特征摘要】
1.一種單通道心電采集芯片，其特征在于，包括輸入緩沖器模塊，用于采集外部電極的信號；預放大模塊，用于對所述外部電極的信號進行第一級放大；雙端轉單端模塊，用于接收經第一級放大的信號，并將所述信號轉換成單端信號輸出；濾波模塊，用于對所述單端信號進行濾波；后級放大模塊，用于將經所述低通濾波電路濾波后的單端信號進行第二次放大；輸出緩沖器模塊，用于輸出經第二級放大后的單端信號。2.根據權利要求I所述的單通道心電采集芯片，其特征在于，所述預放大模塊包括由全差分跨導放大器、電容及虛擬電阻組成的對稱性結構電路。3.根據權利要求I所述的單通道心電采集芯片，其特征在于，所述濾波模塊包括低通濾波電路，所述單端信號經所述低通濾波電路進行濾波。4.根據權利要求I所述的單通道心電采集芯片，其特征在于，所述濾波模塊包括有源高通濾波電路及低通濾波電路，所述單端信號依次經所述有源高通濾波電路及所述低通濾波電路進行濾波。5.根據權利要求I所述的單通道心電采集芯片，其特征在于，所述濾波模塊包括片外高通濾波電路及低通濾波電路，所述單端信號依次經所述片外高通濾波電路及所述低通濾波電路進行濾波。6.根據權利要求3或4所述的單通道心電采集芯片，其特征在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程亞宇，溫美英，李曄，
申請(專利權)人：深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：