[实用新型]一种高精度单芯片脑机接口电路

说明书

技术领域

本实用新型属于脑电信号检测领域，可应用于脑机接口(BCI)系统。

背景技术

脑机接口(BCI)是研究脑电波的重要手段，由于脑电波电压非常微弱，加上人体阻抗的特殊性，外界和电路内部干扰等因数，传统的脑电波采集系统需要通过非常复杂的前置放大电路、多级放大电路、滤波电路、共模电压偏置电路、陷波电路、模数转换电路等组成，往往放大倍数在6万倍以上才能提供给A/D采样芯片，由于对模拟电路设计要求特别严格，需要丰富的电路调试经验。脑波信心常常淹没在强大的背景噪声中，检测电路需要具有高输入阻抗、高共模抑制比、高增益、低噪声、低温漂、抗干扰能力强的特点。传统方案中大量采用了运算放大器，对电路板制作提出很高要求，实际应用中性能往往难以达到预期效果。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种高精度单芯片脑机接口电路，具体由以下技术方案实现：

一种高精度单芯片脑机接口电路，包含电极接口、集成脑电波采集芯片、单片机、蓝牙通讯模块、电源模块。

所述的高精度单芯片脑机接口电路，其进一步设计在于，所述电极接口与集成脑电波采集芯片连接，分别是采集电极、参考电极、偏置驱动输出电极和屏蔽接口，电极接口所有引脚与ESD保护二极管阵列芯片TPD4E001连接，防止静电对该高精度单芯片脑机接口电路的危害。

所述的高精度单芯片脑机接口电路，其进一步设计在于，所述集成脑电波采集芯片采用了ADS1299专业脑波采集芯片，该芯片内置前置放大电路、右腿驱动偏置电路和24位A/D转换器，其与电极接口及单片机连接，单片机用来配置ADS1299内部寄存器设置右腿驱动偏置电路、多路采集通道选择以及读取模数转换数据.

所述的高精度单芯片脑机接口电路，其进一步设计在于，所述单片机型号为8位低功耗单片机AT90S2313-4PI，其分别与集成脑电波采集芯片及蓝牙模块连接，通过SPI通信控制并读取ADS1299A/D转换数据，最后将数据通过串口发送给蓝牙模块。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：大大简化了前端电路设计，无需外置的前置放大电路和后级放大电路，电路结构特别简单，采集电路具有高直流输入阻抗和高共模抑制比的特点，无需外置右腿偏置驱动电路，抗干扰能力强，采集精度高、误差小。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的核心电路原理图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。本实用新型仅仅是对本实用新型实施方式的描述，并不对本实用新型的范围有任何限制。

实施例1

如图1所示，一种高精度单芯片脑机接口电路，包含电极接口、集成脑电波采集芯片、单片机、蓝牙通讯模块、电源模块。

所述的电极接口与集成脑电波采集芯片连接；所述的集成脑电波采集芯片与电极接口和单片机连接；所述的单片机与集成脑电波采集芯片和蓝牙模块连接连接；所述的蓝牙模块与单片机连接；所述的电源模块为集成脑电波采集芯片、单片机和蓝牙通讯模块提供工作电源。

如图2所示，为本实用新型的核心电路原理图。包含芯片U1，芯片U3，芯片U4，芯片U5，蓝牙模块U2，接口座JP1和其它辅助电子元件。其中U1为ESD保护二极管阵列芯片TPD4E001，U3为脑电波专业采集芯片ADS1299，U4为高精度低温漂运算放大器OPA376，U5为低功耗单片机AT90S2313-4PI。U1的引脚1与接口座JP1的引脚1连接，用于与偏置驱动输出电极连接，U1的引脚2与接口座JP1的引脚2连接，用于与参考电极连接，U1的引脚4与接口座JP1的引脚5连接，用于与采集电极连接；U3的引脚61和63为内置右腿偏置驱动输出接口，与电阻R1和电容C1共同构成右腿偏置驱动电路，抑制脑电波中的共模噪声；U4的引脚3与贴在人脑前额中心的采集电极连接，用于采集脑电波低频信号；U3的引脚17与U4的引脚7连接，可抑制内部放大电路共模噪声；U4的引脚1为屏蔽接点，与JP1上外接的采集电极的屏蔽层和参考电极的屏蔽层连接；U5的引脚12、13、14、15、16、17、18分别与U3的引脚38、35、36、34、43、39连接，用来控制ADS1299内部偏置电路、多路通道采集选择和模数转换；蓝牙模块U8与单片机U1的引脚2和3连接，通过无线通信方式向上位机发送脑电波数据，这样可以排除50Hz的低频干扰信号，省去非常复杂陷波器等滤波电路。

以上所述，仅以本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可想轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之类。因此，本实用新型的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。