[发明专利]有源电极装置及其有源放大单元

说明书

技术领域

本发明涉及信号采集，尤其涉及一种有源电极装置及其有源放大单元。

背景技术

传统的电生理信号，如心电图信号等属于低频率、低幅度信号，一般采用湿电极(无源电极)进行信号采集，但若其导电介质的材料特性变化，电极和人体皮肤之间接触阻抗变化以及导联线的移动伪差效应会影响到采集的电生理信号的质量。电极在使用过程中，和人体皮肤之间的接触会产生高达几百mv的直流极化电压，如果前端电路不能消除这个直流偏置，会造成运放过载，不能有效放大。现在采用有源电极方式在导联线的电极采集端加入有源器件，进行电生理信号的放大和预处理，可以明显改善上述的问题。

现有几种常见形式，如使用带有放大器的心电干电极，虽然这种方式简单，并且方便携带，但是，由于电阻引入了噪声，使运放的增益受直流偏置的影响不能够设计太大。如现有使用带误差反馈的直流偏置消除方法，需要借助FIR滤波器和DAC(Digital Audio Compress)，使有源电极的设计复杂化，成本较高。如现有使用RC积分器进行直流抑制，需要的R和C值较大，不便于在芯片内集成。

发明内容

为了提高信号采集质量，本发明提出了一种有源电极装置及其有源放大单元，具有高直流偏置抑制，高输入阻抗，低噪声干扰的特点，能够提高电生理信号的信噪比，并且整个装置简单，方便临床应用。

本发明针对以上问题，提出了一种有源电极装置，用于信号采集，包括相互连接的电极片和电极腔。所述电极腔包括电池、有源放大单元以及连接电池与有源放大单元的第一连线和第二连线。其中，所述有源放大单元包括电源单元以及与电源单元依次形成串联的直流抑制单元、带通滤波器、增益放大器以及缓冲器。

优选地，电源单元包括电源管理单元和参考源，所述电源管理单元提供正负电源，所述参考源产生参考电源，并用于设置直流偏置。

优选地，所述直流抑制单元包括有反向积分器，该反向积分器采用伪电阻模式。

本发明针对以上问题，还提出了一种有源放大单元，其特征在于，其包括电源单元以及与电源单元依次形成串联的直流抑制单元、带通滤波器、增益放大器以及缓中器，所述直流抑制单元包括基于伪电阻的反向积分器。

优选地，伪电阻大于10¹²Ω。

本发明涉及一种适用于电生理信号采集的有源电极装置及其有源放大单元，采用本发明可以提高输入阻抗，抑制直流偏置，降低低频噪声干扰，提高信噪比，从而有效地进行电生理信号的放大和预处理，并且本发明结构简单，适用于单芯片集成。

附图说明

图1是本发明有源电极装置的结构示意图。

图2是图1电极腔的结构示意图。

图3是图2有源放大单元的结构示意图。

图4是本发明中基于伪电阻和米勒电容的有源直流偏置抑制电路图。

图5是本发明中采用反馈路径内嵌反向积分器的直流偏置控制电路。

图6是本发明中采用的内部直流偏置抑制电路。

图7是图六所示电路达到的增益曲线。

图8是图六所示电路达到的输入输出的瞬态响应效果图。

具体实施方式

请参考图1及图2，本发明的有源电极装置包括电极片1、电极腔2、屏蔽盖3以及双绞线4，所述电极腔2位于电极片1与屏蔽盖3之间，而所述双绞线4透过屏蔽盖3与电极腔2相连。所述电极片1一般为氯化银电极片，与人体皮肤11接触并感应产生电信号12。所述电极腔2为圆柱形腔体，包括电池21、有源放大单元22以及连接电池21与有源放大单元22的第一连线211(电池的正端)和第二连线212(电池的负端)。电池21一般为小型的纽扣电池，通过第一连线211和第二连线212供电给有源放大单元22。所述屏蔽盖3对有源电极提供电磁屏蔽功能，所述双绞线4有两条线，一条是提供处理过的生电信号Vout，另一条是GND信号，是外围模块的地线。