專利名稱：一種生物電信號采集裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種生物電信號采集裝置及方法，尤其涉及一種對多采集通道進行切換采集的生物電信號采集裝置及方法。
背景技術：
目前微弱生物電信號檢測通常有兩種方法。一種是普遍采用的比較復雜的交流放大電路架構，包括緩沖、儀表放大、高通濾波、二級放大、多階低通濾波、模擬開關、差分電平偏移、模數轉換等多級放大電路結構。由于該電路結構使用了截至頻率較低的高通濾波器， 當導聯上產生干擾較大，造成第一級儀表放大電路輸出飽和，進而對高通濾波器的電容充電；若此時病人狀況恢復，導聯上干擾幾乎消除，然而高通濾波器的隔直電容需要非常長的時間才能釋放完，這在臨床上造成了嚴重的基線漂移。由于交流放大電路架構存在該缺陷， 于是業界開始使用直流放大電路架構進行心電信號采樣。2009年公開的專利CN200910107383. 1提出了一種直流放大信號采集裝置。該裝置去除了交流放大方案中信號采集通道上的高通濾波裝置，使用了保護電路、緩沖、儀表放大、RC低通、模擬開關、單端-差分放大、模數轉換的電路架構，較好地解決了交流放大方案中由于隔直電容存在引起的基線漂移問題。該方案相比交流放大方案有性能成本優勢。該專利的提出的方案中，模擬開關之前使用了 8路儀表放大器，這不利于降低電路成本；將信號由差分轉單端，再由單端轉差分的做法也增大了電路成本。

發明內容
本發明解決的技術問題是構建一種生物電信號采集裝置及方法，克服現有技術生物電信號采集裝置及方法電路復雜、成本高的技術問題。本發明的技術方案是構建一種生物電信號采集裝置，包括進行信號采集的多條采集通道90、輸入保護/低通濾波電路10、緩沖器20、通道選擇及差分放大單元30、模數轉換電路60、處理器單元70，所述輸入保護/低通濾波電路10對采集的信號進行能量限制以保護電路，再進行低通濾波，所述緩沖器20對采集的信號進行阻抗變換，通道選擇及差分放大單元30選擇當前需要轉換的模擬通道及接下來需要采樣的模擬通道并切換，對當前需要轉換的模擬通道和即將轉換的模擬通道信號進行差分放大和輸出；所述模數轉換電路 60對信號進行模數轉換然后輸入到處理器單元70，所述處理器單元控制所述通道的選擇與切換并接收所述模數轉換電路60輸出的信號。本發明的進一步技術方案是所述生物電信號采集裝置還包括將人體設置在中心電位的右腿驅動電路90，所述右腿驅動電路90包括運放和電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻 R4、電阻R5，所述運放的負相輸入端分別通過電阻R1、電阻R2、電阻R3連接輸入端RA_BUF、 輸入端LA_BUF和輸入端LL_BUF，所述運放的正相輸入端連接人體的中心電位，所述運放的負相輸入端通過電阻R4連接所述運放的輸出端，所述運放的輸出端通過限流電阻R5連接導聯RL。本發明的進一步技術方案是所述輸入保護/低通濾波電路10包括氣體放電管、 限流電阻、濾波電容、高頻交流耦合電容、雙二極管，所述氣體放電管的兩端分別連著導聯輸入和浮地；限流電阻一端與導聯輸入端相連，另一端與緩沖器20的同相輸入端相連；濾波電容的一端與所述輸入緩沖電路20同相端相連，另一端與浮地相連；高頻交流耦合電容一端與高頻信號源的輸出相連，另一端與緩沖器20同相端相連；雙二極管的中心抽頭端與緩沖器的同相輸入端相連，另兩端分別與正負電源相連。本發明的進一步技術方案是所述緩沖器20由一個低失調電壓、低失調電流、低噪聲的單運放構成，單運放同相端與輸入保護電路/低通濾波器10中的限流電阻相連，反相端接運放自身的輸出端并與模擬開關30的輸入通道相連。本發明的進一步技術方案是所述通道選擇及差分放大單元30包括通道選擇電路及差分放大電路32，所述通道選擇電路包括模擬開關陣列31及切換電路33，所述模塊開關陣列31連接所述緩沖器20及所述差分放大電路32，所述切換電路33連接所述差分放大電路32及所述模數轉換電路60。本發明的進一步技術方案是所述通道選擇及差分放大單元30包括通道選擇電路及差分放大電路，所述通道選擇電路包括模擬開關及電阻，所述模擬開關通過所述緩沖器20及輸入保護/低通濾波電路10連接多路采集通道，所述電阻通過所述緩沖器20及輸入保護/低通濾波電路10連接一種采集通道。本發明的進一步技術方案是所述差分放大電路40由兩個差分放大電路模塊構成一片集成的高速雙運放與三個電阻構成，所述差分放大電路32的負相輸入端IN —通過模擬開關30的輸出端與右胳膊的導聯RA連接的緩沖器20的輸出連接，正相輸入端IN+通過模擬開關30的輸出端與除右胳膊的導聯RA外的其它導聯連接的緩沖器20的輸出連接， 差分放大電路32的輸出與模擬開關33的輸入端相連。本發明的進一步技術方案是所述模擬開關陣列30包括模擬開關Kl和模擬開關 K2，所述模擬開關陣列30的差分輸入的負相與右胳膊的導聯RA連接的緩沖器20的輸出連接，正相與除右胳膊的導聯RA和右腿導聯RL外的其它導聯連接的緩沖器20的輸出連接； 所述模擬開關陣列30的差分輸出與所述差分放大電路32的兩個同相輸入端相連；所述處理器單元70包括輸入輸出端，所述模擬開關陣列30的控制信號線與處理器單元70的輸入輸出端相連。本發明的進一步技術方案是所述模數轉換器60為差分輸入的模數轉換器，電壓參考源的輸出端接到所述模數轉換器60的參考電壓輸入引腳VREF上，所述模數轉換器60 的差分正相輸入端通過模擬開關33連接到差分放大電路40的正相輸出端；所述模數轉換器60的差分負相輸入端通過模擬開關33連接到差分放大電路40的負相輸出端，所述模數轉換器60的輸出端與處理器單元70相連。本發明的技術方案是提供一種生物電信號采集方法，包括如下步驟 設置采集通道設置當前采集通道，將所述多條采集通道設置到病人相應位置； 能量限制及濾波對采集的信號進行能量限制以保護電路，再進行低通濾波； 阻抗變換對采集的信號進行阻抗變換；
依次切換采集通道對多條采集通道進行選擇，依次切換采集通道進行信號建立和采集；
差分放大及模數轉換對采集的信號進行差分放大及模數轉換以轉換成數字信號。本發明的進一步技術方案是還包括延時步驟，即，在讀取模數轉換后數據的時間小于信號進行差分放大所需的最大建立時間時進行延時。本發明的技術效果是信號采集通道上使用全差分放大技術，避免了現有產品從差分信號轉單端信號，再從單端信號轉差分信號過程中使用單端信號進行過渡的環節；利用模擬開關相對儀放和運放的成本優勢，根據系統參數合理利用模擬開關，減少了儀表放大器的使用數量；系統達到20Ksps的采樣率可以無失真地直接檢出起搏脈沖信號，避免了使用復雜的PACE展寬電路。降低了系統成本。直流放大電路架構，無時間常數電路，信號檢測快，且基線穩定，信號動態輸入范圍大。器件少，可靠性高，有利于產品小型化。高速模數轉換器的配合使用，使得系統采樣率可以達到很高。


圖1為本發明的結構示意圖。圖2為本發明的具體實施例的一種結構示意圖。圖3為本發明的差分運放的電路圖。圖4為本發明右腿驅動電路示意圖。圖5為本發明的流程圖。圖6為本發明具體實施例的流程圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，對本發明技術方案進一步說明。如圖1、圖2所示，本發明的具體實施方式
是構建一種生物電信號采集裝置，包括進行信號采集的多條采集通道90、輸入保護/低通濾波電路10、緩沖器20、通道選擇及差分放大單元30、模數轉換電路60、處理器單元70，所述輸入保護/低通濾波電路10對采集的信號進行能量限制以保護電路，再進行低通濾波，所述緩沖器20對采集的信號進行阻抗變換，通道選擇及差分放大單元30選擇當前需要轉換的模擬通道及接下來需要采樣的模擬通道并切換，對當前需要轉換的模擬通道和即將轉換的模擬通道信號進行差分放大和輸出；所述模數轉換電路60對信號進行模數轉換然后輸入到處理器單元70，所述處理器單元控制所述通道的選擇與切換并接收所述模數轉換電路60輸出的信號。如圖1所示，具體實施例中，所述通道選擇及差分放大單元30包括通道選擇電路及差分放大電路32，所述通道選擇電路包括模擬開關陣列31及切換電路33，所述模塊開關陣列31連接所述緩沖器20及所述差分放大電路32，所述切換電路33連接所述差分放大電路32及所述模數轉換電路60。所述模擬開關陣列31包括模擬開關Kl和模擬開關K2， 所述模擬開關陣列31的差分輸入的負相與右胳膊的導聯RA連接的緩沖器20的輸出連接的輸出相連，正相與除右胳膊的導聯RA外的其它導聯連接的緩沖器20的輸出連接；所述模擬開關陣列31的差分輸出與所述差分放大電路32的兩個同相輸入端相連；所述處理器單元70包括輸入輸出端，所述模擬開關陣列31的控制信號線與處理器單元70的輸入輸出端相連。所述模擬開關33，是2入1出的差分信號選擇模擬開關。它的輸入與差分放大電路 32的輸出相連；輸出與模數轉換電路60的輸入相連；模擬開關33的控制信號線與處理器單元的I/O線相連。本發明的具體實施過程是工作時，輸入保護/低通濾波電路10首先對輸入信號進行能量限制，防止電刀、除顫、ESD等損傷硬件電路，造成電路工作異常，同時濾除高頻噪聲；然后由緩沖器20對輸入信號進行阻抗變換；接著模擬開關陣列31選擇當前需要轉換的模擬通道，同時也選中接下來需要采樣的模擬通道；其次差分放大電路32對當前需要轉換的模擬通道和即將轉換的模擬通道信號進行差分放大、差分輸出；然后模擬開關33選中當前需要轉換的模擬通道。信號進入到模數轉換電路60 ；最后處理器單元70啟動模數轉換電路60進行模數轉換，并讀取轉換后模數轉換器中的數據，同時處理器單元70控制模擬開關將當前模擬通道和即將轉換的模擬通道切換到既定的下一對。所述輸入保護/低通濾波電路10由氣體放電管、限流電阻、濾波電容、高頻交流耦合電容、雙二極管組成。其中氣體放電管的兩端分別連著導聯輸入和浮地；限流電阻一端與導聯輸入端相連，另一端與緩沖器20的同相輸入端相連；濾波電容的一端與輸入緩沖電路20同相端相連，另一端與浮地相連；高頻交流耦合電容一端與高頻信號源的輸出相連， 另一端與緩沖器20同相端相連；雙二極管的中心抽頭端與緩沖器的同相輸入端相連，另兩端分別與正負電源相連。所述的緩沖器20，由一個低失調電壓、低失調電流、低噪聲單運放構成，單運放用作電壓跟隨器。同相端與輸入保護電路&低通濾波器10中的限流電阻相連，反相端節運放自身的輸出端并與模擬開關30的輸入通道相連。所述差分放大電路32，由兩個差分放大電路模塊構成一片集成的高速雙運放與三個電阻構成，如圖2所示。差分放大電路32的正相輸入端IN+通過模擬開關30的輸出能與緩沖器20除RA外的導聯輸出連接；負相輸入端IN —通過模擬開關30的輸出能與緩沖器20的RA輸出連接。差分放大電路32的輸出與模擬開關33的輸入端相連。所述模數轉換電路60，由電壓參考源和高速高精度的差分輸入SAR型模數轉換器組成。電壓參考源的輸出接到模數轉換器的參考電壓輸入引腳VREF上。模數轉換器的差分正相輸入引腳通過模擬開關33可連接到差分放大電路32的OUT+端；模數轉換器的差分負相輸入引腳通過模擬開關33可連接到差分放大電路32的OUT —端。模數轉換電路60 的輸出與MCU的通信接口相連；模數轉換電路60的控制信號線與處理器單元70的I/O引腳相連。所述處理器單元70，由存儲器、微處理器和SPlGerial Peripheral Interface, 串行外設接口等接口電路，簡稱“SPI，，)構成，它控制模擬開關30、模擬開關60進行輸入通道切換，控制模數轉換器完成轉換，并讀取轉換后的數據。微處理器在對心電信號進行選擇性的預處理后，通過 USB 或 SPI 或 USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/異步串行接收/發送器，簡稱“USART”)發送到上位機或者存儲器內，至此系統完成了心電信號的采集和預處理。所述的右腿驅動電路80，由一個運放和多個電阻構成，具體如4所示。其輸入RA_ BUF、LA_BUF和LL_BUF通過電阻RU R2、R3分別連接到緩沖器20的RA、LA和LL的輸出。 電阻R5是限流電阻。其輸出RL連接到RL導聯上。中心電位電壓接入到運放Ul的正相輸入端。該電壓與運放失調電壓之和可近似認為是人體的中心電平電壓。所述生物電信號采集裝置還包括將人體設置在中心電位的右腿驅動電路90，所述右腿驅動電路90包括運放和電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5，所述運放的負相輸入端分別通過電阻R1、電阻R2、電阻R3連接輸入端RA_BUF、輸入端LA_BUF和輸入端LL_ BUF，所述運放的正相輸入端連接人體的中心電位，所述運放的負相輸入端通過電阻R4連接所述運放的輸出端，所述運放的輸出端通過限流電阻R5連接導聯RL。所述通道選擇及差分放大單元30包括通道選擇電路及差分放大電路，所述通道選擇電路包括模擬開關及電阻，所述模擬開關通過所述緩沖器20及輸入保護/低通濾波電路10連接多路采集通道，所述電阻通過所述緩沖器20及輸入保護/低通濾波電路10連接一種采集通道。具體實施過程如下輸入保護/低通濾波電路10共有九路，每路由1個氣體放電管、1個限流電阻、濾波電容、1個高頻交流耦合電容、1個雙二極管組成。其中氣體放電管的兩端分別連著導聯輸入和浮地；限流電阻一端與導聯輸入端相連，另一端與緩沖器20的同相輸入端相連；濾波電容的一端與輸入緩沖電路20同相端相連，另一端與浮地相連；高頻交流耦合電容一端與高頻信號源的輸出相連，另一端與緩沖器20同相端相連；雙二極管的中心抽頭端與緩沖器的同相輸入端相連，另兩端分別與正負電源相連。限流電阻與濾波電容構成一個低通濾波器，出于高輸入阻抗要求，其截至頻率通常在50KHz以上。由于體表生物電信號十分微弱，且生物電信號采集導聯與體表接觸電阻、人體本身的內阻常常很大，為了有效獲取生物電信號(心電信號)，需要采集設備的輸入阻抗足夠大。這就要求使用緩沖器進行阻抗變換。本發明的緩沖器20共九路，每一路由一個低噪聲、 低失調電流單運放構成。本發明在緩沖器20中采用的運放輸入阻抗高達IOGQ，可保證采集裝置有能力獲得高輸入阻抗。緩沖器20的輸出與所述通道選擇及差分放大單元30的輸入相連。圖3中的模擬開關是圖1模擬開關30的一種非典型應用，它主要由一個8輸入1 輸出的模擬開關K和1個電阻組成，電阻的阻值與模擬開關單通道導通電阻典型值相等。模擬開關的模擬開關K的輸入與緩沖器20的輸出LA、LL、V1、6相連，電阻的輸入端與緩沖器 20的輸出RA相連。模擬開關的輸出接到差分放大器電路32的輸入端。差分放大器電路32共有1路，其輸入IN-與所述通道選擇及差分放大單元30電阻的RA輸出相連，輸入IN+與8輸入1輸出的所述通道選擇及差分放大單元30輸出相連。差分放大器用于抑制共模信號，放大差模信號。差分放大器的放大倍數選取主要考慮在右腿驅動使人體獲得的中心電平的電壓、人體生物電信號幅度、電極與體表間的極化電壓等三個主要因素下不出現飽和。差分放大器40通常由1片高速、高CMRR (Common-mode rejection ratio共模抑制比，簡稱“CMRR”)的雙運放構成。雙運放的選擇是利用運放的匹配工藝減小差分運放間的CMRR差異性，盡可能地提高系統CMRR。本實施實例中使用的高速運放是0PA2336，在IKHz以下范圍CMRR最小IOOdB,典型值120dB。即差分放大器能保證自身IOOdB的共模抑制能力。能有效抑制共模信號(50/60HZ工頻干擾等)。模數轉換電路60的差分正相輸入引腳通過連接到差分放大電路32的OUT+端；差分負相輸入引腳連接到差分放大電路32的OUT —端。模數轉換器及其外圍電路50的輸出與MCU的SPI通信接口相連；模數轉換電路60的控制信號線與處理器單元70的1/0引腳相連。模數轉換電路60主要由模數轉換器與電壓參考兩部分組成。模數轉換器為高速SAR 型結構差分輸入的模數轉換器。本例實施中模數轉換器選用的是18位精度的AD7691，其采樣率可達250Ksps。于是系統可輕松獲得15Ksps的采樣率，這相對于150Hz帶寬的生物電信號過采樣因子可達50 ；同時不需要特殊的起搏脈沖展寬電路即可檢0. lms、2mV的脈沖信號。圖1中，處理器單元70 I/O引腳首先需控制模擬開關，在指定的建立時間后選擇當前將要轉換的通道進行采樣，同時選擇下一個采樣的通道進行信號建立。處理器單元70 通過I/O引腳控制模數轉換器啟動轉換，待模數轉換器轉換完成后，通過SPI 口讀取模數轉換器中當前通道的生物電數據并存存入隨機讀寫存儲器(RAM)。在指定的建立時間滿足后， MCU再次通過I/O引腳控制模數轉換器啟動轉換，待模數轉換器60完成后，處理器單元70 再控制模擬開關選中下一個模擬信號通道進行信號建立，最后通過SPI 口讀取模數轉換器中當前通道的生物電數據并存存入RAM，如此循環。處理器單元70將獲取的生物電數據進行初步處理后，再通過外圍接口(SPI、USART或USB)發送到上位機或者外圍內存中。圖2中，處理器單元70 I/O引腳首先需控制模擬開關，選擇當前將要轉換的通道， 其次在指定的建立時間后再通過I/O引腳控制模數轉換器啟動轉換，待模數轉換器轉換完成后，處理器單元70再控制模擬開關選中下一個模擬信號通道進行信號建立，最后通過 SPI 口讀取模數轉換器中當前通道的生物電數據并存存入隨機讀寫存儲器(RAM)。在指定的建立時間滿足后，MCU再次通過I/O引腳控制模數轉換器啟動轉換，待模數轉換器60完成后，處理器單元70再控制模擬開關選中下一個模擬信號通道進行信號建立，最后通過SPI 口讀取模數轉換器中當前通道的生物電數據并存存入RAM，如此循環。處理器單元70將獲取的生物電數據進行初步處理后，再通過外圍接口(SPI、USART或USB)發送到上位機或者外圍內存中。如圖5所示，本發明的具體實施方式
是提供一種生物電信號采集方法，包括如下步驟
設置采集通道設置當前采集通道，將所述多條采集通道設置到病人相應位置。能量限制及濾波對采集的信號進行能量限制以保護電路，再進行低通濾波。阻抗變換對采集的信號進行阻抗變換。依次切換采集通道對多條采集通道進行選擇，依次切換采集通道進行信號采集。差分放大及模數轉換對采集的信號進行差分放大及模數轉換以轉換成數字信號。為了合理利用模數轉換器的高轉換率，需要處理器單元70控制所述模擬開關陣列30及模塊開關50，以保證差分放大器對信號的建立時間足夠長。處理器單元70控制所述模擬開關陣列30及模塊開關50的方法如下。假設模擬轉換器將要采集生物電信號的通道順序是I、II、VI、V4、V2、V5、V3、V6， 為了便于程序實現，對通道順序進行阿拉伯數字編號為0、1、2、3、4、5、6、7，即通道0與通道 I指的是同一通道信號，于是固件軟件流程圖如圖5所示。本發明具體工作過程如下
步驟SOO 能量限制及濾波，即對采集的信號進行能量限制以保護電路，再進行低通濾波。
步驟SlO 阻抗變換，即對采集的信號進行阻抗變換。步驟S20 差分放大，即對采集的信號進行差分放大。步驟S30 設置采集通道，即設置當前采集通道，將所述多條采集通道設置到病人相應位置。步驟S40 依次切換采集通道，即對多條采集通道進行選擇，依次切換采集通道進行信號采集。所述的步驟S40用于在生物電信號采集裝置上電時，選擇設定的輸入通道0和1， 讓模擬開關后端的差分放大器電路對輸入信號有足夠的建立時間。延時，以保證差分放大電路的最大建立時間滿足。所述的步驟S50，初始化循環變量i。生物電信號采集裝置通常有8個輸入通道， 模數轉換器單元每次只采樣1個輸入通道，使用循環體以簡化程序。所述的步驟S60，啟動模數轉換器對當前輸入通道進行模數轉換。延時，以保證模數轉換器所需的最大轉換時間得以滿足。然后結束模數轉換器轉換，讓轉換后數據出現在數據端口，便于MCU單元讀取。所述的步驟S70，是判斷循環變量是奇數還是偶數。所述的步驟S80，是在循環變量是偶數時，將模擬開關K接通到下一個即將要采樣的輸入通道，模擬開關Kl接通到下下一個將要采樣的輸入通道，模擬開關K2保持不變，此時模擬開關K2已接通到了下一個即將要采樣的輸入通道。所述的步驟S90，是在循環變量是奇數時，將模擬開關K接通到下一個即將要采樣的輸入通道，模擬開關K2接通到下下一個將要采樣的輸入通道，模擬開關Kl保持不變，此時模擬開關Kl已接通到了下一個即將要采樣的輸入通道。所述的步驟S100，是MCU單元讀取模數轉換器中轉換后的數據。在步驟S70前將模擬開關切換到下一個輸入通道，是讓差分放大電路單元能利用MCU讀取模數轉換器中數據的時間來對輸入信號提前進行建立。延時，是在MCU讀取模數轉換器中數據的時間小于差分運放單元所需的最大建立時間時加入，保證信號有足夠的建立時間。所述的步驟S110、S120，是對循環體的循環變量進行操作，目的是讓系統能采樣完所有的生物電輸入通道信號采樣一次。圖6是針對圖2的一種具體實施例子。所述的J10，是生物電信號采集裝置在一上電時，將模擬開關接入到指定的輸入通道，并通過延時保證信號的建立時間。所述的J20，初始化循環變量i。生物電信號采集裝置通常有8個輸入通道，模數轉換器單元每次只采樣1個輸入通道，使用循環體以簡化程序。所述的J30，啟動模數轉換器對當前輸入通道進行模數轉換。延時，以保證模數轉換器所需的最大轉換時間得以滿足。然后結束模數轉換器轉換，讓轉換后數據出現在數據端口，便于MCU單元讀取。所述的J40，將模擬開關切換到下一個即將采樣的輸入通道。在S50前將模擬開關切換到下一個輸入通道，是讓差分放大電路單元能利用MCU讀取模數轉換器中數據的時間來對輸入信號提前進行建立。延時，是在MCU讀取模數轉換器中數據的時間小于差分運放單元所需的最大建立時間時加入，保證信號有足夠的建立時間。
所述的J50，是MCU單元讀取模數轉換器中轉換后的數據。所述的J60和J70，是對循環體的循環變量進行操作，目的是讓系統能對所有的生物電輸入通道信號采樣一次。本發明的技術效果是信號采集通道上使用全差分放大技術，避免了現有產品從差分信號轉單端信號，再從單端信號轉差分信號過程中使用單端信號進行過渡的環節；利用模擬開關相對儀放和運放的成本優勢，根據系統參數合理利用模擬開關，減少了儀表放大器的使用數量；系統達到20Ksps的采樣率可以無失真地直接檢出起搏脈沖信號，避免了使用復雜的PACE展寬電路。降低了系統成本。直流放大電路架構，無時間常數電路，信號檢測快，且基線穩定，信號動態輸入范圍大。器件少，可靠性高，有利于產品小型化。高速模數轉換器的配合使用，使得系統采樣率可以達到很高(lOKspslOKsps)。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種生物電信號采集裝置，其特征在于，包括進行信號采集的多條采集通道90、輸入保護/低通濾波電路10、緩沖器20、通道選擇及差分放大單元30、模數轉換電路60、處理器單元70，所述輸入保護/低通濾波電路10對采集的信號進行能量限制以保護電路，再進行低通濾波，所述緩沖器20對采集的信號進行阻抗變換，通道選擇及差分放大單元30選擇當前需要轉換的模擬通道及接下來需要采樣的模擬通道并切換，對當前需要轉換的模擬通道和即將轉換的模擬通道信號進行差分放大和輸出；所述模數轉換電路60對信號進行模數轉換然后輸入到處理器單元70，所述處理器單元控制所述通道的選擇與切換并接收所述模數轉換電路60輸出的信號。
2.根據權利要求1所述生物電信號采集裝置，其特征在于，所述生物電信號采集裝置還包括將人體設置在中心電位的右腿驅動電路90，所述右腿驅動電路90包括運放和電阻 R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5，所述運放的負相輸入端分別通過電阻R1、電阻R2、電阻R3連接輸入端RA_BUF、輸入端LA_BUF和輸入端LL_BUF，所述運放的正相輸入端連接人體的中心電位，所述運放的負相輸入端通過電阻R4連接所述運放的輸出端，所述運放的輸出端通過限流電阻R5連接導聯RL。
3.根據權利要求1所述生物電信號采集裝置，其特征在于，所述輸入保護/低通濾波電路10包括氣體放電管、限流電阻、濾波電容、高頻交流耦合電容、雙二極管，所述氣體放電管的兩端分別連著導聯輸入和浮地；限流電阻一端與導聯輸入端相連，另一端與緩沖器20 的同相輸入端相連；濾波電容的一端與所述輸入緩沖電路20同相端相連，另一端與浮地相連；高頻交流耦合電容一端與高頻信號源的輸出相連，另一端與緩沖器20同相端相連；雙二極管的中心抽頭端與緩沖器的同相輸入端相連，另兩端分別與正負電源相連。
4.根據權利要求1所述生物電信號采集裝置，其特征在于，所述緩沖器20由一個低失調電壓、低失調電流、低噪聲的單運放構成，單運放同相端與輸入保護電路/低通濾波器10 中的限流電阻相連，反相端接運放自身的輸出端并與模擬開關30的輸入通道相連。
5.根據權利要求1所述生物電信號采集裝置，其特征在于，所述通道選擇及差分放大單元30包括通道選擇電路及差分放大電路32，所述通道選擇電路包括模擬開關陣列31及切換電路33，所述模塊開關陣列31連接所述緩沖器20及所述差分放大電路32，所述切換電路33連接所述差分放大電路32及所述模數轉換電路60。
6.根據權利要求1所述生物電信號采集裝置，其特征在于，所述通道選擇及差分放大單元30包括通道選擇電路及差分放大電路，所述通道選擇電路包括模擬開關及電阻，所述模擬開關通過所述緩沖器20及輸入保護/低通濾波電路10連接多路采集通道，所述電阻通過所述緩沖器20及輸入保護/低通濾波電路10連接一種采集通道。
7.根據權利要求5或6所述生物電信號采集裝置，其特征在于，所述差分放大電路40 由兩個差分放大電路模塊構成一片集成的高速雙運放與三個電阻構成，所述差分放大電路 32的負相輸入端IN —通過模擬開關30的輸出端與右胳膊的導聯RA連接的緩沖器20的輸出連接，正相輸入端IN+通過模擬開關30的輸出端與除右胳膊的導聯RA、右腿導聯RL外的其它導聯連接的緩沖器20的輸出連接，差分放大電路32的輸出與模擬開關33的輸入端相連。
8.根據權利要求5所述生物電信號采集裝置，其特征在于，所述模擬開關陣列30包括模擬開關Kl和模擬開關K2，所述模擬開關陣列30的差分輸入的負相與右胳膊的導聯RA連接的緩沖器20的輸出連接的輸出相連，正相與除右胳膊的導聯RA外的其它導聯連接的緩沖器20的輸出連接；所述模擬開關陣列30的差分輸出與所述差分放大電路32的兩個同相輸入端相連；所述處理器單元70包括輸入輸出端，所述模擬開關陣列30的控制信號線與處理器單元70的輸入輸出端相連。
9.根據權利要求1所述生物電信號采集裝置，其特征在于，所述模數轉換器60為差分輸入的模數轉換器，電壓參考源的輸出端接到所述模數轉換器60的參考電壓輸入引腳 VREF上，所述模數轉換器60的差分正相輸入端通過模擬開關33連接到差分放大電路40的正相輸出端；所述模數轉換器60的差分負相輸入端通過模擬開關33連接到差分放大電路 40的負相輸出端，所述模數轉換器60的輸出端與處理器單元70相連。
10.一種生物電信號采集方法，包括如下步驟設置采集通道設置當前采集通道，將所述多條采集通道設置到病人相應位置； 能量限制及濾波對采集的信號進行能量限制以保護電路，再進行低通濾波； 阻抗變換對采集的信號進行阻抗變換；依次切換采集通道對多條采集通道進行選擇，依次切換采集通道進行信號建立和采集；差分放大及模數轉換對采集的信號進行差分放大及模數轉換以轉換成數字信號。
11.根據權利要求10所述的生物電信號采集方法，其特征在于，還包括延時步驟，即， 在讀取模數轉換后數據的時間小于信號進行差分放大所需的最大建立時間時進行延時。
全文摘要
本發明涉及一種生物電信號采集裝置及方法，信號采集通道上使用全差分放大技術，避免了現有產品從差分信號轉單端信號，再從單端信號轉差分信號過程中使用單端信號進行過渡的環節；利用模擬開關相對儀放和運放的成本優勢，根據系統參數合理利用模擬開關，減少了儀表放大器的使用數量；系統達到20Ksps的采樣率可以無失真地直接檢出起搏脈沖信號，避免了使用復雜的PACE展寬電路。降低了系統成本。直流放大電路架構，無時間常數電路，信號檢測快，且基線穩定，信號動態輸入范圍大。器件少，可靠性高，有利于產品小型化。高速模數轉換器的配合使用，使得系統采樣率可以達到很高。
文檔編號A61B5/04GK102488509SQ20111035924
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者何宗奎, 肖正文 申請人:深圳市理邦精密儀器股份有限公司