单通道心电采集芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种单通道心电采集芯片，包括：输入缓冲器模块，用于采集外部电极的信号；预放大模块，用于对所述外部电极的信号进行第一级放大；双端转单端模块，用于接收经第一级放大的信号，并将所述信号转换成单端信号输出；滤波模块，用于对所述单端信号进行滤波；后级放大模块，用于将经所述低通滤波电路滤波后的单端信号进行第二次放大；输出缓冲器模块，用于输出经第二级放大后的单端信号。本发明专利技术提供的单通道心电采集芯片将各个模块集成到硅片上，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗芯片领域，尤其涉及一种单通道心电采集芯片。
技术介绍
随着移动医疗行业的发展，移动健康设备及个人便携式监护医疗等便携式医疗终端在整个医疗行业中占据着越来越重要的作用。医疗采集芯片作为移动便携式医疗终端中重要组成部分在采集生理信号方面发挥了重要的作用。目前采集心电信号的主要方式是通过搭建板级电路实现，会占用较大的面积。市场上德州仪器(TI)已有一款适用于心电检测的前端采集芯片ADS1298，其结构包括前端可调增益预放大电路，模数转换(ADC)模块，右腿驱动模块，导联检测模块等。但是此款芯片内部并未进行传统的模拟滤波处理，而是通过一个超高精度(24位)的ADC模块来获取数字信号，进而进行数字滤波，实现成本较高。在片内模拟滤波的技术上，国内外关于心电等生理信号采集的集成电路已经有了 一定的研究，文献[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]公开了一种应用于采集神经电信号的集成电路结构，其实现了神经电信号采集模拟前端的放大滤波功能，但是在噪声、共模抑制等特性方面需要进一步优化。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述心电采集芯片存在的缺陷，提供一种低成本的单通道心电采集芯片。一种单通道心电采集芯片，包括输入缓冲器模块，用于采集外部电极的信号；预放大模块，用于对所述外部电极的信号进行第一级放大；双端转单端模块，用于接收经第一级放大的信号，并将所述信号转换成单端信号输出；滤波模块，用于对所述单端信号进行滤波；后级放大模块，用于经所述低通滤波电路滤波后的单端信号进行第二次放大；输出缓冲器模块，用于输出经第二级放大后的单端信号。在本实施例中，所述预放大模块包括由全差分跨导放大器、电容及虚拟电阻组成的对称性结构电路。在本实施例中，所述滤波模块包括低通滤波电路，所述单端信号经所述低通滤波电路进行滤波。在本实施例中，所述滤波模块包括有源高通滤波电路及低通滤波电路，所述单端信号依次经所述有源高通滤波电路及所述低通滤波电路进行滤波。在本实施例中，所述滤波模块包括片外高通滤波电路及低通滤波电路，所述单端信号依次经所述片外高通滤波电路及所述低通滤波电路进行滤波。在本实施例中，所述低通滤波电路包括由跨导放大器及电容组成的二阶低通滤波器。在本实施例中，所述低通滤波电路为具有二阶巴特沃斯结构的有源滤波器。在本实施例中，所述单通道心电采集芯片还包括右腿驱动电路模块，所述右腿驱动电路模块用于检测所述输入buffer采集模块的共模电压，并将所述共模电压反馈至所述外部电极。在本实施例中，所述单通道心电采集芯片还包括导联脱落检测模块，所述导联脱落检测模块电性连接于所述输入缓冲器模块用于监测导联连接状态。 在本实施例中，所述单通道心电采集芯片还包括电源管理模块，所述电源管理模块用于对所述心电采集芯片提供电源电压及工作电流。在本实施例中，所述单通道心电采集芯片还包括基线快速恢复模块，所述基线快速恢复模块电性连接于所述预放大模块和所述滤波电路。在本实施例中，所述单通道心电采集芯片还包括控制位信号模块，所述控制位信号模块用于控制上述所有模块的工作状态。本专利技术提供的单通道心电采集芯片将各个模块集成到硅片上，降低了成本；该芯片内集成了采用精确比例的电容放大结构的预放大模块，实现更高的共模抑制比，同时结合虚拟电阻实现高通滤波，去除极化电压的限制；该芯片内集成了模拟模块，降低了后续开发的成本；该芯片内还集成了右腿驱动电路模块，更好地抑制了工频干扰；该芯片内还集成了导联脱落检测模块能够及时监测导联连接状态；该芯片内还集成了电源管理模块能够为系统提供稳定的电源电压和基准工作电流。附图说明图I为本专利技术实施例一提供的单通道心电采集芯片的结构示意图。图2为本专利技术实施例一提供的预放大模块的原理示意图。图3为本专利技术实施例一提供的双端转单端模块的原理示意图。图4为本专利技术实施例一提供的低通滤波电路的原理示意图。图5为本专利技术另实施例二提供的低通滤波电路的原理示意图。图6为本专利技术实施例一提供的后级放大模块的原理示意图图7为本专利技术实施例一提供的右腿驱动电路模块的原理示意图。图8为本专利技术实施例一提供的导联脱落检测模块的原理示意图。图9(a)为本专利技术实施例一提供的单通道心电采集芯片当输入幅度为3mV正弦信号时的输出信号仿真图。图9(b)为本专利技术实施例一提供的单通道心电采集芯片通过搭建人体模型模拟产生人体心电信号作为输入信号时的输出信号仿真图。图10为本专利技术实施例一提供的单通道心电采集芯片的共模抑制比仿真图。具体实施方式请参阅图1，图I为本专利技术实施例一提供的单通道心电采集芯片的示意图。单通道心电采集芯片100包括输入缓冲器模块110、预放大模块120、双端转单端模块130、滤波模块140、后级放大模块150及输出缓冲器模块160。输入缓冲器(buffer)模块110用于采集外部电极的信号即人体的心电信号强度。 由于心电信号是几十到几百微伏(μν)级的微弱信号且负载能力较差，人体电阻为千欧 (kQ)到兆欧(ΜΩ)级的大电阻，因此要求采集前端的等效输入电阻足够大，否则根据电路电阻串联分压的原理，难以保证从人体采集到的心电信号强度。在本专利技术提供的实施例中， 输入缓冲器模块110是采用一个具有高输入阻抗，低输出阻抗，低噪声，低功耗，双端输入单端输出特性的放大器，并通过单位增益接法实现，能够对人体和电路进行有效隔离，避免电路遭受一些瞬间脉冲的破坏，同时也避免电路可能产生的瞬间高电压对人体造成伤害。请参阅图2，为本专利技术实施例一提供的预放大模块120原理示意图。预放大模块 120用于将经输入缓冲器(buffer)模块110采集的心电信号进行第一级放大。预放大模块 120 包括由全差分跨导放大器(OTA !operational transconductance amplifier) 121、 电容122及虚拟电阻123组成的对称性结构电路，即电阻Rtl = R1 ;电容C1 = C2 ;电容C3 = C4;MN1(开关管)，MN2(开关管)有相同的尺寸。预放大模块120的传递函数如式(1)，其中Rf为虚拟电阻123的等效电阻值。(VOUTP-VOUIN) / (VINP-VINN) = -Rf^C1S/(I+Rf *C3s) (I)式中，VOUTP, VOUTN分别为预放大模块120的正输出电压和负输出电压，VINP, VINN分别为预放大模块120的正输入电压和负输入电压，Rf为虚拟电阻的等效电阻值，C1, C3分别为图中电容Cp C3的相应电容值。0TA121与四个电容(电容C。C2, C3> C4)构成电容比例放大电路，实现增益Av =-C1/C2的放大功能，同时与跨接在放大器上的虚拟电阻Rf共同实现截止频率f = I/2ΠRfC3的高通滤波特性。预放大模块120采用精确比例的电容放大结构，实现更高的共模抑制比；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单通道心电采集芯片，其特征在于，包括：输入缓冲器模块，用于采集外部电极的信号；预放大模块，用于对所述外部电极的信号进行第一级放大；双端转单端模块，用于接收经第一级放大的信号，并将所述信号转换成单端信号输出；滤波模块，用于对所述单端信号进行滤波；后级放大模块，用于将经所述低通滤波电路滤波后的单端信号进行第二次放大；输出缓冲器模块，用于输出经第二级放大后的单端信号。

【技术特征摘要】
1.一种单通道心电采集芯片，其特征在于，包括输入缓冲器模块，用于采集外部电极的信号；预放大模块，用于对所述外部电极的信号进行第一级放大；双端转单端模块，用于接收经第一级放大的信号，并将所述信号转换成单端信号输出；滤波模块，用于对所述单端信号进行滤波；后级放大模块，用于将经所述低通滤波电路滤波后的单端信号进行第二次放大；输出缓冲器模块，用于输出经第二级放大后的单端信号。2.根据权利要求I所述的单通道心电采集芯片，其特征在于，所述预放大模块包括由全差分跨导放大器、电容及虚拟电阻组成的对称性结构电路。3.根据权利要求I所述的单通道心电采集芯片，其特征在于，所述滤波模块包括低通滤波电路，所述单端信号经所述低通滤波电路进行滤波。4.根据权利要求I所述的单通道心电采集芯片，其特征在于，所述滤波模块包括有源高通滤波电路及低通滤波电路，所述单端信号依次经所述有源高通滤波电路及所述低通滤波电路进行滤波。5.根据权利要求I所述的单通道心电采集芯片，其特征在于，所述滤波模块包括片外高通滤波电路及低通滤波电路，所述单端信号依次经所述片外高通滤波电路及所述低通滤波电路进行滤波。6.根据权利要求3或4所述的单通道心电采集芯片，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：程亚宇，温美英，李晔，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：