一种适用于可穿戴血氧芯片的抗运动干扰加速电路制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于可穿戴血氧芯片的抗运动干扰加速电路；包括直流幅值获取模块、带通滤波模块、运动状态判断模块、抗运动干扰模块、交流幅值获取模块和血氧饱和度获取模块；对红光血氧信号、红外光血氧信号、加速度信号进行低通滤波和带通滤波，分别获取直流幅值和交流分量；再根据加速度交流信号判断运动状态：当运动较微弱时采用自适应滤波消除运动干扰，获得交流幅值再结合直流幅值获取血氧饱和度；当运动较强烈时采用离散饱和度变换构造与血氧饱和度有关的参考信号，并对饱和度进行从1％‑100％的离散扫描，比较不同离散饱和度下参考信号与加速度交流信号的相关系数，从而直接获取血氧饱和度。本发明专利技术占用面积小很多，满足可穿戴应用的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于可穿戴血氧芯片的抗运动干扰加速电路
本专利技术属于数字集成电路
，更具体地，涉及一种适用于可穿戴血氧芯片的抗运动干扰加速电路。
技术介绍
脉搏血氧饱和度代表人体血液中含氧量水平，是评估人体氧气供给状态的重要指标参数，并且能有效反映人体的循环系统和呼吸系统的生理状态。目前市场上已经推出了可穿戴的脉搏血氧监测设备，可以实时的监测用户的脉搏血氧饱和度，特别是针对老年人、新生儿以及呼吸困难的病人，能提醒用户及时就医，从而有效避免突发疾病。然而，可穿戴脉搏血氧监测设备面临的测量环境要比传统的血氧仪严峻的多，引入的运动干扰非常大，而市场上的很多可穿戴设备在抗运动干扰方面效果并不好。而目前国内外比较有效的抗运动干扰算法大部分应用在家用的血氧仪上，其算法量过大，不适合可穿戴设备的小面积需求，并且可穿戴设备面对的运动干扰也比家用设备强很多。因此，研究一种应用在可穿戴脉搏血氧芯片上的抗运动干扰硬件电路具有很大的市场价值。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种适用于可穿戴血氧芯片的抗运动干扰加速电路，旨在解决现有技术提供的血氧芯片抗运动干扰效果不好或装置占用面积大的问题。本专利技术提供了一种适用于可穿戴血氧芯片的抗运动干扰加速电路，其特征在于，包括直流幅值获取模块、带通滤波模块、运动状态判断模块、抗运动干扰模块、交流幅值获取模块和血氧饱和度获取模块。所述直流幅值获取模块的输入端与所采集的红光血氧信号(red)、红外光血氧信号(ir)连接，输出端作为总输出端；用于获取的红光血氧信号的直流幅值(red_dc)、红外光血氧信号的直流幅值(ir_dc)；所述带通滤波模块的输入端与所采集的红光血氧信号(red)、红外光血氧信号(ir)、加速度信号(acc)连接，输出端的加速度交流信号(acc_ac0)与所述运动状态判断模块连接，输出端的红光血氧交流信号(red_ac0)、红外光血氧交流信号(ir_ac0)、加速度交流信号(acc_ac0)与所述抗运动干扰模块、所述血氧饱和度获取模块的输入端连接；用于获取红光血氧交流信号(red_ac0)、红外光血氧交流信号(ir_ac0)、加速度交流信号(acc_ac0)的，同时去除基线漂移和工频干扰；所述运动状态判断模块的输出端的第一使能信号(En1)与所述抗运动干扰模块的输入端连接，输出端的第二使能信号(En2)与所述血氧饱和度获取模块的输入端连接；用于对加速度交流信号(acc_ac0)的幅度进行判断，产生使能信号；所述抗运动干扰模块的输出端的滤除运动干扰后的红光血氧交流信号(red_ac1)、红外光血氧交流信号(ir_ac1)与所述交流幅值获取模块的输入端连接；用于在微弱运动状态下，如静止、轻微抖动，去除红光血氧交流信号(red_ac0)、红外光血氧交流信号(ir_ac0)中的运动干扰成分；所述交流幅值获取模块的输出端作为总输出端；用于获取的红光血氧信号的交流幅值(red_ac)、红外光血氧信号的交流幅值(ir_ac)；所述血氧饱和度获取模块的输出端作为总输出端；用于在强烈运动状态下，如走动、奔跑，构造与血氧饱和度有关的参考信号，并对饱和度进行从1％-100％的离散扫描，比较不同离散饱和度下参考信号与加速度交流信号(acc_ac0)的相关系数，从而直接得出血氧饱和度(SpO2)；更进一步的，所述直流幅值获取模块包括：1阶0.1HzIIR低通滤波器和累加器；所述1阶0.1HzIIR低通滤波器的输出端与所述累加器的输入端连接；所述累加器的输出端作为总输出端；更进一步的，所述带通滤波模块包括：2个级联的2阶0.5～5HzIIR带通滤波器；所述2个级联的2阶0.5～5HzIIR带通滤波器的输出端与所述运动状态判断模块、所述抗运动干扰模块和所述血氧饱和度获取模块的输入端连接；更进一步的，所述运动状态判断模块包括：平均幅值获取电路、比较器和2个二选一选择器；所述平均幅值获取电路的输出端与所述比较器的输入端连接，所述比较器的输出端与所述2个二选一选择器的输入端连接，所述2个二选一选择器的输出端分别与所述抗运动干扰模块和所述血氧饱和度获取模块的输入端连接。自适应滤波占用面积小，运算速度快，但在强运动状态下的滤波效果并不好，而离散饱和度变换的准确度高，但是占用面积大，运算速度慢，所述运动状态判断模块则是对准确度、面积、速度进行综合考虑后的一种优化安排。更进一步的，所述抗运动干扰模块包括：20阶LMS自适应滤波器；所述20阶LMS自适应滤波器的输出端与所述交流幅值获取模块的输入模块连接；更进一步的，所述交流幅值获取模块包括：第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第五比较器、第一除法器、第二除法器和减法器；所述第一比较器的输入端与所述抗运动干扰模块的第二、第三输出端连接，所述第一比较器的输出端与所述第二比较器、所述第三比较器的输入端连接，所述第二比较器的输出端与所述第四比较器的输入端连接，所述第三比较器的输出端与所述第五比较器的输入端连接，所述第四比较器的输出端与所述第一除法器的输入端连接，所述第五比较器的输出端与所述第二除法器的输入端连接，所述第一、第二除法器的输出端与所述减法器的输入端连接；所述减法器通过右移1位作为所述交流幅值获取模块的第一、第二输出端；所述第一比较器用于检测所述抗运动干扰模块输出端的滤除运动干扰后的红光血氧交流信号(red_ac1)、红外光血氧交流信号(ir_ac1)幅值是否大于0；所述第二比较器用于检测幅值为正值的的信号是否为上升趋势，规定连续上升10个点为上升趋势；所述第四比较器用于去除次波峰，设定峰值的阈值为前两个极大值的平均值(f1+f2)/2；所述第三比较器用于检测幅值为负值的的信号是否为下降趋势，规定连续下降10个点为下降趋势；所述第五比较器用于去除次波谷，设定谷值的阈值为前两个阈值的平均值(p1+p2)/2；所述第一除法器用于获取峰值平均值；所述第二除法器用于获取谷值平均值；所述减法器用于获取的红光血氧信号的交流幅值(red_ac)、红外光血氧信号的交流幅值(ir_ac)。所述交流幅值获取模块可以准确提取交流幅值，排除次波峰、次波谷的干扰。更进一步的，所述血氧饱和度获取模块包括：乘法器、累加器、分子获取电路、分母获取电路和相关系数比较电路；所述乘法器的输出端与所述累加器的输入端连接，所述累加器的输出端与所述分子获取电路、所述分母获取电路的输入端连接，所述分子获取电路、所述分母获取电路的输出端与相关系数比较电路的输入端连接，所述相关系数比较电路的输出端直接作为总输出端；所述乘法器的输出端与所述累加器的输入端连接，所述累加器的输出端与所述分子获取电路、所述分母获取电路的输入端连接，所述分子获取电路、所述分母获取电路的输出端与相关系数比较电路的输入端连接，所述相关系数比较电路的输出端作为血氧饱和度获取模块的输出端；所述乘法器用于获取与血氧饱和度有关的八个参考信号；所述累加器用于获取八个参考信号的每组1024个点的总和，再通过右移10位得到平均值；所述分子获取电路包括1个累加器，用于获取不同离散饱和度下相关系数的分子；所述分母获取电路包括1个累加器，用于获取不同离散饱和度下相关系数的分母；所述相关系数比较电路包括一个比较器，用于比较不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于可穿戴血氧芯片的抗运动干扰加速电路，其特征在于，包括：直流幅值获取模块、带通滤波模块、运动状态判断模块、抗运动干扰模块、交流幅值获取模块和血氧饱和度获取模块；所述直流幅值获取模块的输入端用于接收红光血氧信号red、红外光血氧信号ir，根据输入端接收的信号输出红光血氧信号的直流幅值red_dc和红外光血氧信号的直流幅值ir_dc；所述带通滤波模块的输入端用于接收红光血氧信号red、红外光血氧信号ir和加速度信号acc，根据输入端接收的信号由第一输出端输出红光血氧交流信号red_ac0，第二输出端输出红外光血氧交流信号ir_ac0，第三输出端输出加速度交流信号acc_ac0；所述运动状态判断模块的输入端与所述带通滤波模块的第三输出端连接，用于根据所述加速度交流信号acc_ac0输出第一使能信号En1和第二使能信号En2；所述抗运动干扰模块的控制端连接至所述运动状态判断模块的第一输出端，所述抗运动干扰模块的第一、第二和第三输入端分别与所述带通滤波模块的第一、第二和第三输出端连接，用于根据所述红光血氧交流信号red_ac0、红外光血氧交流信号ir_ac0和加速度交流信号acc_ac0输出滤除运动干扰后的红光血氧交流信号red_ac1和红外光血氧交流信号ir_ac1；所述交流幅值获取模块的输入端连接至所述抗运动干扰模块的输出端，用于根据滤除运动干扰后的红光血氧交流信号red_ac1和红外光血氧交流信号ir_ac1输出红光血氧信号的交流幅值red_ac和红外光血氧信号的交流幅值ir_ac；；所述血氧饱和度获取模块的控制端连接至所述运动状态判断模块的第二输出端，所述血氧饱和度获取模块的第一、第二和第三输入端分别与所述带通滤波模块的第一、第二和第三输出端连接，用于根据所述红光血氧交流信号red_ac0、红外光血氧交流信号ir_ac0和加速度交流信号acc_ac0输出血氧饱和度信号。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于可穿戴血氧芯片的抗运动干扰加速电路，其特征在于，包括：直流幅值获取模块、带通滤波模块、运动状态判断模块、抗运动干扰模块、交流幅值获取模块和血氧饱和度获取模块；所述直流幅值获取模块的输入端用于接收红光血氧信号red、红外光血氧信号ir，根据输入端接收的信号输出红光血氧信号的直流幅值red_dc和红外光血氧信号的直流幅值ir_dc；所述带通滤波模块的输入端用于接收红光血氧信号red、红外光血氧信号ir和加速度信号acc，根据输入端接收的信号由第一输出端输出红光血氧交流信号red_ac0，第二输出端输出红外光血氧交流信号ir_ac0，第三输出端输出加速度交流信号acc_ac0；所述运动状态判断模块的输入端与所述带通滤波模块的第三输出端连接，用于根据所述加速度交流信号acc_ac0输出第一使能信号En1和第二使能信号En2；所述抗运动干扰模块的控制端连接至所述运动状态判断模块的第一输出端，所述抗运动干扰模块的第一、第二和第三输入端分别与所述带通滤波模块的第一、第二和第三输出端连接，用于根据所述红光血氧交流信号red_ac0、红外光血氧交流信号ir_ac0和加速度交流信号acc_ac0输出滤除运动干扰后的红光血氧交流信号red_ac1和红外光血氧交流信号ir_ac1；所述交流幅值获取模块的输入端连接至所述抗运动干扰模块的输出端，用于根据滤除运动干扰后的红光血氧交流信号red_ac1和红外光血氧交流信号ir_ac1输出红光血氧信号的交流幅值red_ac和红外光血氧信号的交流幅值ir_ac；；所述血氧饱和度获取模块的控制端连接至所述运动状态判断模块的第二输出端，所述血氧饱和度获取模块的第一、第二和第三输入端分别与所述带通滤波模块的第一、第二和第三输出端连接，用于根据所述红光血氧交流信号red_ac0、红外光血氧交流信号ir_ac0和加速度交流信号acc_ac0输出血氧饱和度信号。2.如权利要求1所述的抗运动干扰加速电路，其特征在于，所述运动状态判断模块包括：平均幅值获取电路、比较器和2个二选一选择器；所述平均幅值获取电路的输入端作为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋潘婷，郑朝霞，彭业强，吴千广，杨柯慧，夏恒炀，曾小刚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42