[发明专利]一种基于斩波技术消除电极间直流偏移的方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于斩波技术消除电极间直流偏移的方法及系统，包括以下步骤：步骤S1：输出斩波调制后的脑电信号和电极间直流偏移信号；步骤S2：输出电极间直流偏移电流；步骤S3：提取积分直流偏移信号；步骤S5：所述脑电信号进入芯片放大模块进行放大处理，解调制，并返回至原始的脑电信号频段，得到原始的脑电信号；步骤S6：所述原始的脑电信号经过低通滤波器滤波得到滤除噪声的脑电信号；步骤S7：将所述滤除噪声的脑电信号传入数模转换器转换为数字信号。本发明有效抑制了电极间直流偏移，相比传统的直流伺服回路减小了过程延时，同时，电路中输入电容与前馈电容容值相同，可采用ABBA式版图排列方式，有效避免了芯片制作时的工艺误差。

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，尤其涉及一种基于斩波技术消除电极间直流偏移的方法。

背景技术

随着当代科技的不断发展，对于人体中最复杂的器官-大脑的研究成为学者们关注的重点。脑机接口技术通过脑电信号采集、特征提取、特征分类和外部控制等几个部分，还原大脑运作机制，控制外部设备。目前，随着智能可穿戴技术的快速发展，可以通过穿在身上或整合到服饰、配件中的智能可穿戴设备，实时采集脑电信号，实现智能控制。

可穿戴脑电采集设备所采集脑电信号的质量直接决定着数据的好坏。由于人体产生的原始脑电信号几乎都在100赫兹以下，频率低且电压幅值较小，因此，所采集到的脑电信号需经过放大、滤波、数字化后方可传递至后端进行数字信号处理。而在脑电信号采集过程中，通常使用湿性/干性电极对脑电信号进行采集，湿性电极在使用过程中需要通过加入导电胶以及搅拌的手法保证电极阻抗处于较低水平，但过程繁琐且会对受试者头皮带来可能的伤害。而在可穿戴脑电采集系统中通常使用干性电极，这种电极由于不需要打胶，使用方式简便，非常适合于普通日常穿戴与电生理监测。但由于干性电极阻抗较大（通常为MΩ级别），且干性电极与头皮间存在空隙，在头部不同采集位点处的采集电极间会存在直流电压差，通常这种电压差称之为直流电压偏移。在常规的交流耦合放大器中，这种因采集电极导致的较大的直流电压偏移（通常为10mV至500mV）会直接被输入电容滤除而不会影响到采集模块的放大单元正常工作，但采用常规的交流耦合放大器存在输入噪声高的缺陷，因此在针对微弱信号（如脑电信号等）的采集过程中，通常使用斩波放大器将输入信号进行调制以避开输入端的闪烁噪声，而后在输出端将放大的信号解调制再通过滤波消除放大过程中的噪声，但通过斩波调制的方式对信号进行放大会导致放大器的采集模式由交流耦合变为直流耦合，其无法针对直流电压偏移进行滤除，而当采集电极间的直流偏移电压通过斩波调制进入放大器后，会导致放大器的输出电压饱和，无法针对目标的脑电信号进行正常的放大工作，且使其后的模数转换器以及整个接收机功能失效。

针对斩波放大器无法滤除电极间直流电压偏移的问题，常用的做法是通过在斩波调制单元前添加去耦合电容来实现对直流电压偏移的滤除，但这种方案需要电容值较大（通常为100nF级别）的去耦合电容，其电容体积较大，不适合于可穿戴设备，且会大幅降低系统的输入阻抗。另一种办法是通过直流伺服回路，在放大器输出端将直流分量提取出来，继而在放大器输入端进行反馈以消除直流电压偏移，但这种方案由于反馈速度慢，且会引入噪声，不适合于在较大的直流电压偏移条件下工作。

为此，针对以上各种消除电极间直流电压偏移技术的缺陷，本发明提出一种基于斩波技术消除电极间直流偏移的方法及系统以此解决上述技术问题。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提出一种基于斩波技术消除电极间直流偏移的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于斩波技术消除电极间直流偏移的方法，包括以下步骤：

步骤S1：将穿戴于颅外的干电极脑电采集设备采集到的输入信号通过信号放大通路的输入端进入调制斩波单元一进行斩波调制，输出斩波调制后的脑电信号和电极间直流偏移信号；

步骤S2：所述电极间直流偏移信号通过输入电容输出电极间直流偏移电流；