本發(fā)明歸屬于微電子學，光學和醫(yī)學電子學等領域，涉及到紅外感應探測器器件及技術，集成電路技術，射頻技術和傳感器技術，特別是應用于無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片。

背景技術：

21世紀是一個科技創(chuàng)新不斷發(fā)展的時代，也是一個人口老齡化不斷凸顯的時代。每個人的家里都有老人，老年人的健康問題總是影響著我們的年輕人的心，然而為了養(yǎng)家糊口，上有老下有下的年青一代又不得不為生活而奔波而忽視老年人的健康，而老年人也不愿為此而打擾子女，甚至隱瞞自身病情，當不得不進醫(yī)院檢查時才發(fā)現(xiàn)為時已晚。為避免此類事故的發(fā)生，定期的身體檢查不可避免，而去醫(yī)院掛號體檢又需要時間，且老年人對當前的醫(yī)療的進步又不法快速上手，年輕人又不得不拿出時間來陪伴。所以對于當前的醫(yī)療改革勢在必行，便捷式醫(yī)療檢測設備應處于改革的前列。

20世紀中以來，隨著半導體技術的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品應運而生：電腦，手機，各類家電不斷被創(chuàng)造出來，方便了人們的生活。各類醫(yī)療檢查設備的出現(xiàn)，使得人們的病情得到了早發(fā)現(xiàn)早治療，大大提高了人們的壽命。

脈搏信號是最早用于診斷人體疾病的一種生理信號，在中國五千年的悠悠歷史中，在西醫(yī)西藥還沒有被引進中國之前，醫(yī)生都是通過脈診或者說診脈來確診各類疾病的，這就是中國的歷史文化精粹之一的中醫(yī)學?？梢娒}搏信號是包含著豐富的人體生理和病理信息的，對脈搏信號的提取和處理對現(xiàn)如今的臨床醫(yī)學也有著重要的指導意義和參考價值。

氧是生命活動的基礎，缺氧是導致許多疾病的根源，而較為普遍的病癥如慢性低血氧癥，腦與心血管供血不足以及運動后的疲勞等生理和病理現(xiàn)象都與人體氧含量有直接關系，嚴重時直接威脅人的生命，血氧飽和度是監(jiān)測人體攜帶氧的能力的重要生理參數(shù)，通過對血氧飽和度的監(jiān)測可對人體攜帶氧的能力進行估計。

可見脈搏和血氧飽和度對于人體健康的重要程度，尤其是21世紀開始，智能化電子產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得科技進一步創(chuàng)新，傳統(tǒng)的脈搏和血氧的采集方式難免存在不足之處，不準確，有創(chuàng)傷式的采集方式已經(jīng)漸漸不適應現(xiàn)有市場的發(fā)展，尤其當生物醫(yī)學與半導體技術的結(jié)合之后產(chǎn)生了一系列新型的新一代便捷醫(yī)療設備，無線脈搏血氧儀就在此列當中。

現(xiàn)有技術還不能完善的解決本發(fā)明所涉及的技術問題，本發(fā)明在無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片可以很好地適應市場需求，為無線脈搏血氧儀提供核心芯片和一個有實用價值的技術方案。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是通過提供一種無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片，作為無線脈搏血氧儀的核心組成部分，以完善無線脈搏血氧儀的技術問題，使之更加智能化，小型化和便捷實用，以更好的適應市場需求。

本發(fā)明硬件由脈搏血氧采集芯片，電源管理芯片，信號處理芯片，rfid無線發(fā)送標簽組成。

本發(fā)明的技術方案：無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片，其特征在于，包括電源管理模塊，脈搏血氧采集模塊，信號處理模塊和無線收發(fā)模塊。電源管理模塊與各模塊相連，為各模塊提供穩(wěn)定的電源的支持；脈搏血氧采集模塊的輸出端連接信號處理模塊的輸入端，信號處理模塊的輸出端連接無線收發(fā)模塊的輸入端，無線收發(fā)模塊將數(shù)字化的信號利用rfid技術，通過標簽發(fā)送給閱讀器，閱讀器將接收到的信號傳遞給上位機，上位機將信號解調(diào)后進行分析處理，得出人體脈搏和血氧飽和度的信息并在顯示器上顯示相應的數(shù)值，若存在異常則向使用者發(fā)出警報。

所述的無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的電源管理模塊，其特征在于采用1.8伏低電壓電源以降低芯片功耗，提高芯片的續(xù)航能力；包括穩(wěn)壓模塊，充電模塊和電池模塊，為其他模塊提供電源支持；充電模塊的輸出端連接電池模塊的輸入端，電池模塊的輸出端連接穩(wěn)壓模塊的輸入端。

所述的電源管理模塊的穩(wěn)壓模塊采用低壓差線性穩(wěn)壓器ldo結(jié)構(gòu)，包括帶隙基準電壓源，保護電路，誤差放大器，功率管和采樣電阻；帶隙基準電壓源的輸出端連接誤差放大器的正極，采樣電阻的中間端連接誤差放大器的負極，誤差放大器的輸出端連接功率管的柵極，功率管的源極連接電源vcc，漏極連接輸出端，保護電路的一端連接電源vcc，另一端連接功率管的柵極，采樣電阻的一端連接地gnd，另一端連接輸出端。

所述的無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的脈搏血氧采集模塊，其特征在于包括波長為660nm的紅光發(fā)光二極管，波長為940nm的近紅外光發(fā)光二極管，光電探測器和led驅(qū)動模塊。

所述的無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的信號處理模塊，其特征在于包括電流頻率轉(zhuǎn)換器，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，前置放大器，低通濾波器，二次放大模塊，計數(shù)器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；電流頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端連接電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接前置放大器的輸入端，前置放大器的輸出端連接低通濾波器的輸入端，低通濾波器的輸出端連接二次放大模塊的輸入端，二次放大模塊的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接計數(shù)器的輸入端，且連接無線收發(fā)模塊的輸入端，計數(shù)器的輸出端連接無線收發(fā)模塊的輸入端。

所述的信號處理模塊的前置放大器，其特征在于包括三個運算放大器，六個精確電阻和一個可變電阻，其放大的增益值可通過改變可變電阻的阻值進行調(diào)整。

所述的無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的無線收發(fā)模塊，其特征在于采用rfid技術，可以實現(xiàn)對所得數(shù)據(jù)的無線發(fā)送，與之匹配的閱讀器會接收所得信號。

本發(fā)明具有的優(yōu)點：1.人體生命體征信號的無創(chuàng)采集；2.芯片更加智能化，小型化和便捷化，操作更加簡單；3.信息發(fā)送的無線化，實現(xiàn)室內(nèi)的短程無線操控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的組成框圖；

圖2是本發(fā)明無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的配置示意圖；

圖3是本發(fā)明中血脈搏血氧采集模塊的構(gòu)成框圖；

圖4是本發(fā)明中信號處理模塊的構(gòu)成框圖；

圖5是本發(fā)明中信號處理模塊的電流電壓轉(zhuǎn)換器的電路原理圖；

圖6是本發(fā)明中信號處理模塊的基本運算放大器的電路原理圖；

圖7是本發(fā)明中信號處理模塊的前置放大器的電路原理圖；

圖8是本發(fā)明中信號處理模塊的低通濾波器的電路原理圖；

圖9是本發(fā)明中信號處理模塊的二次放大模塊的電路原理圖；

圖10是本發(fā)明中電源管理模塊的構(gòu)成框圖；

圖11是本發(fā)明中電源管理模塊的穩(wěn)壓模塊的電路原理圖

圖中

1：脈搏血氧采集模塊2：信號處理模塊

3：電源管理模塊4無線收發(fā)模塊

5：芯片保護外殼6皮膚采集接觸區(qū)

7：皮膚及內(nèi)部毛細血管簡視圖

101：紅光光源102：紅外光源

103：led驅(qū)動模塊104：光電探測器

201：電流頻率轉(zhuǎn)換器202：電流電壓轉(zhuǎn)化器

203：可變增益儀表放大器204：lfp低通濾波器

205：二級放大器206：計數(shù)器

207：adc模數(shù)轉(zhuǎn)化器

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的一種無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片做出詳細說明：

如圖1所示，無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片，其特征在于，包括電源管理模塊，脈搏血氧采集模塊，信號處理模塊和無線收發(fā)模塊。電源管理模塊與各模塊相連，為各模塊提供穩(wěn)定的電源的支持；脈搏血氧采集模塊的輸出端連接信號處理模塊的輸入端，信號處理模塊的輸出端連接無線收發(fā)模塊的輸入端，無線收發(fā)模塊將數(shù)字化的信號利用rfid技術，通過標簽發(fā)送給閱讀器，閱讀器將接收到的信號傳遞給上位機，上位機將信號解調(diào)后進行分析處理，得出人體脈搏和血氧飽和度的信息并在顯示器上顯示相應的數(shù)值，若存在異常則向使用者發(fā)出警報。

所述的無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的電源管理模塊，其特征在于采用1.8伏低電壓電源以降低芯片功耗，提高芯片的續(xù)航能力；包括穩(wěn)壓模塊，充電模塊和電池模塊，為其他模塊提供電源支持；充電模塊的輸出端連接電池模塊的輸入端，電池模塊的輸出端連接穩(wěn)壓模塊的輸入端。

所述的電源管理模塊的穩(wěn)壓模塊采用低壓差線性穩(wěn)壓器ldo結(jié)構(gòu)，包括帶隙基準電壓源，保護電路，誤差放大器，功率管和采樣電阻；帶隙基準電壓源的輸出端連接誤差放大器的正極，采樣電阻的中間端連接誤差放大器的負極，誤差放大器的輸出端連接功率管的柵極，功率管的源極連接電源vcc，漏極連接輸出端，保護電路的一端連接電源vcc，另一端連接功率管的柵極，采樣電阻的一端連接地gnd，另一端連接輸出端。

所述的無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的脈搏血氧采集模塊，其特征在于包括波長為660nm的紅光發(fā)光二極管，波長為940nm的近紅外光發(fā)光二極管，光電探測器和led驅(qū)動模塊。

所述的無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的信號處理模塊，其特征在于包括電流頻率轉(zhuǎn)換器，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，前置放大器，低通濾波器，二次放大模塊，計數(shù)器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；電流頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端連接電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接前置放大器的輸入端，前置放大器的輸出端連接低通濾波器的輸入端，低通濾波器的輸出端連接二次放大模塊的輸入端，二次放大模塊的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接計數(shù)器的輸入端，且連接無線收發(fā)模塊的輸入端，計數(shù)器的輸出端連接無線收發(fā)模塊的輸入端。

所述的信號處理模塊的前置放大器，其特征在于包括三個運算放大器，六個精確電阻和一個可變電阻，其放大的增益值可通過改變可變電阻的阻值進行調(diào)整。

所述的無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的無線收發(fā)模塊，其特征在于采用rfid技術，可以實現(xiàn)對所得數(shù)據(jù)的無線發(fā)送，與之匹配的閱讀器會接收所得信號，并將接收到的信號發(fā)送給上位機，上位機會對信號進行分析，得出人體的脈搏和血氧等生命體征信息。

如圖2所示，為本發(fā)明無線脈搏血氧傳感器收發(fā)機芯片的配置示意圖，其核心是包裹在內(nèi)部的芯片，包括脈搏血氧采集模塊1，信號處理模塊2，電源管理模塊3和無線收發(fā)模塊4，整個裝置由皮膚接觸的采集區(qū)6和外殼7包裹，將采集到的信息無線發(fā)給上位機，進行下一步處理，最終在機器上顯示脈搏和血氧的信息。

整個裝置通過皮膚接觸區(qū)6與人體皮膚7接觸，利用脈搏血氧采集模塊1獲取脈搏和血氧的信息，再經(jīng)過信號處理模塊2，將微弱的生理信號進行頻率轉(zhuǎn)換，初步放大，濾出噪聲和干擾信息，二次放大，計數(shù)和數(shù)字化，通過rfid發(fā)送上位機。

如圖3所示，脈搏血氧采集模塊1包括紅光光源101，紅外光光源102，led驅(qū)動模塊103，和光電探測器104，采用反射式脈搏血氧探測，即光源和光電探測器位于人體組織的同側(cè)，光源發(fā)出的光線一部分經(jīng)過人體組織的后被吸收，另一部分反射光被光電探測器接收；人體中存在的兩種血紅蛋白在紅光譜區(qū)吸收差別很大，而在近紅外光譜區(qū)吸收差別卻很小，所以不同血氧飽和度的血液對光的吸收程度與兩種血紅蛋白含量比例有關。根據(jù)朗伯一比爾定律分析光探測器檢測到的紅光和紅外光的容積脈搏波(ppg)，即可計算血紅蛋白濃度和血氧飽和度。

如圖4所示，信號處理模塊2包括電流頻率轉(zhuǎn)換器，電流電壓轉(zhuǎn)換器，可變增益儀表放大器，低通濾波器和二次放大模塊，電源管理模塊3為其各個模塊提供電源支持，將脈搏血氧采集模塊1采集到的信息，進行頻率轉(zhuǎn)換，電壓轉(zhuǎn)化，一級放大，濾出高頻信號和二次放大，以確保信號能被更好的分析，調(diào)制解調(diào)。

其中電流電壓轉(zhuǎn)化器的基本結(jié)構(gòu)如圖5所示，輸入電流經(jīng)過一個電阻(高精度、熱穩(wěn)定性好)使其產(chǎn)生一個電壓，再將電壓經(jīng)過一個電壓跟隨器(或放大器)，將輸入和輸出隔離開來，使其負載不能影響電流在電阻上產(chǎn)生的電壓。然后經(jīng)一個電壓跟隨器(或放大器)輸出，且c1濾除高頻信號的干擾；其優(yōu)點為：負載不影響轉(zhuǎn)換關系。

其中一個基本的運算放大器如圖6所示，m1-m5構(gòu)成運放的第一級，m6和m7構(gòu)成第二級共源放大，以得到更大的增益，rz和cc作為頻率補償，補償極點以使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，m8-m11和r1為電路提供穩(wěn)定的與溫度無關的偏置電壓。

一個可變增益的儀表放大器如圖7所示，包括三個運放a1，a2和a3以及6個電阻r1-r6和一個可變電阻rw，電路增益可改變rw的阻值而改變，以適應不同的放大要求。當脈搏血氧采集模塊1將采集到的脈搏波信號傳送來時，經(jīng)過頻率和電壓轉(zhuǎn)換，連入到儀表放大器的輸入端，添加偏置電壓將微弱信號一次放大20～30倍，以便于達到后續(xù)處理環(huán)節(jié)的工作點。

一個一階低通濾波器如圖8所示，可以濾除經(jīng)過的高頻信號，減少噪聲和不必要的信號的干擾。儀表放大器的輸出連接低通濾波器的輸入端，信號經(jīng)過濾波器將頻率高于截止頻率的信號濾出，得到低頻信號。

二次放大采用一個同相放大器以放大信號，如圖9所示；包括兩個采樣電阻和運算放大器；低通濾波器的輸出端連接同相放大器的輸入端，因采用1.8v低電源，故同相放大器的放大倍數(shù)設置為兩倍，以預防失真，即可以將輸入的信號無失真的放大兩倍。

如圖10所示為電源管理模塊3的基本框圖，包括充電模塊，電池和穩(wěn)壓模塊。其中穩(wěn)壓模塊采用ldo線性穩(wěn)壓器，其結(jié)構(gòu)如圖11所示。穩(wěn)壓器可以穩(wěn)定電源電壓，也可產(chǎn)生需要的穩(wěn)定偏置電壓；其結(jié)構(gòu)包括帶隙基準電壓源，誤差放大器，保護電路和反饋環(huán)路；其中保護電路包括過流保護電路和過溫保護電路，可以有效的保護電源，防止電流過大或溫度過高對系統(tǒng)造成的損壞。

以上對本發(fā)明的一個實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍；凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。