[发明专利]一种人体生物微弱小信号的斩波放大调理芯片系统

说明书

技术领域

本发明涉及芯片电路设计领域，尤其涉及一种人体脑生物微弱小信号的斩波放大调理芯片系统。

背景技术

目前，微弱生物小信号由于电压范围很小，很容易被环境背景噪声以及电路噪声等所湮没，因此急需设计一款具有普适应用价值的人体生物小信号放大调理器。

在传统的电路中，由于电路等效输入噪声太大，不可实现uV/mV级的生物脑电EEG/心电ECG信号的普适放大，且电路系统具有增提增益、带宽不可数字调整、电路功耗大和电路太过复杂等缺点。

很少有发明能将多个优点集中体现在一个斩波放大调理芯片系统上，进行增益、噪声、带宽、能耗、稳定性、复杂度以及用户使用方便等多个因素权衡考虑，且同时保证电路的稳定性和可靠性。

专利申请号为201510583598.6的成都汉康信息产业有限公司的发明专利申请“心电ECG信号采集器”，包括依次连接的前置放大器、高通滤波电路、50Hz陷波器、主放大器和低通滤波器，它能够对人体产生的工频干扰信号进行多方面的处理，滤除各种噪声，但是其共模抑制比低，且不具备放大功能。

专利申请号为201510615178.1的李福霞的发明专利“一种心电ECG信号调理电路”，它包括一级放大电路、调零电路、50Hz限波电路、带通滤波电路及二级放大电路。该调理电路具有输出波形稳定和共模抑制比高的特点，但是缺少对带宽和电源抑制比PSRR的约束，不具有普适应用性。

专利申请号为201511031882.9的河北北方学院的发明专利“一种医学信号处理系统”，它包括人体检测终端、传感器、信号调理模块、A/D转换模块、Wi-Fi传输装置、局域网服务器、微处理器和手持终端。该信号处理系统操作方便、准确度高，但不具备针对脑电心电的微弱小信号的放大作用，不具有uV/mV级微弱信号放大调理能力，也不具备单芯片集成特点。

专利申请号为201610269049.6的华中科技大学的发明专利“一种应用于人体生理信号的低通滤波器”，它根据电路精度、功耗等参数的要求，有三阶、六阶、九阶和更高阶滤波电路可供选择，根据信号频率的不同，调节电路中的电阻和电容的大小滤出所需频段的信号，实现采用全模拟电路对采集到的人体生理信号的低通滤波。但该电路仅仅实现了低通滤波作用，不具备单芯片集成、放大和噪声优化等其余功能。

综上所述，对于现有技术中人体生物微弱小信号的放大滤波调理过程产生的输出噪声大、电路增益小及带宽不可调等技术问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种人体生物微弱小信号的斩波放大调理芯片系统，该斩波放大调理电路可实现对于微弱脑电EEG/心电ECG信号的放大、去噪和滤波处理。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种人体生物微弱小信号的斩波放大调理芯片系统，包括依次连接单级斩波核电路、采样滤波器电路、增益可调器电路和低通滤波器电路，所述单级斩波核电路用于对有效生物小信号和部分噪声进行斩波处理，使有效生物小信号与部分噪声的频率域隔离，所述采样滤波器电路用以消除非理想开关引入的毛刺电压以及开关关闭打开引起的电荷注入噪声，所述增益可调器电路用于对斩波系统的增益方位以数字方式进行调整，所述低通滤波器电路用于进行斩波系统的有效带宽数字调整，过滤掉部分噪声频率。

进一步的，所述单级斩波核电路包括依次连接的斩波调制开关、单级放大核和斩波解调开关。

进一步的，所述斩波调制开关用于对有效生物小信号进行第一次斩波，经过第一次斩波后，有效生物小信号落在斩波频率所在高频处。

进一步的，所述斩波解调开关用于对有效生物小信号进行第二次斩波和对部分噪声进行第一次斩波，经过第二次斩波后，有效生物小信号落在斩波频率所在低频处，部分噪声经过斩波后，落在斩波频率所在高频处。

进一步的，所述单级放大核包括放大器、输入增益提高环路、中频增益稳定环路和纹波抑制环路，其中所述输入增益提高环路用于提高放大器电压的分压比，所述中频增益稳定环路用于稳定单级放大核的中频增益，所述纹波抑制环路用于消除斩波解调开关的输出纹波电压。

进一步的，所述部分噪声包括低频闪烁噪声和放大器差分输入直流失调电压。

进一步的，所述采样滤波器电路基于开关电容采样滤波原理，包括MOS开关和采样电容，采样电容以保持需要采样的电压，通过控制MOS开关，达到采样滤波的目的。

进一步的，所述增益可调器电路采用闭环结构，通过改变反馈电容阵列与输出电容阵列，进行增益的数字方式调整，确保环路的稳定性。