[发明专利]一种单片集成的心电信号读取电路

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种单片集成的心电信号读取电路。

背景技术

随着生活水平日益提高，人们对自身的健康也越发关注。在未来数十年内，中国将进入老龄化社会。心脏病在老年人中属于高发疾病，而心脏病治疗中的重要一环便是对病人的心电图进行实时的监控，进而对病人进行及时的、有针对性的治疗。然而，传统的心电图机体积大、价格昂贵、操作复杂，所以病人不得不在医院接收检查。因此，人们对便携式的心电图仪的需求日益强烈。

在心电图仪中，心电信号读取电路是一个非常重要的模块。该电路主要由放大器、滤波器、模数转换器和振荡器这几个部分组成，主要负责将传感器输出的十分微弱的电压信号（几毫伏）放大、滤波并数字化，以便于进行数据压缩和发送。然而，由于要在低频段（<150Hz）实现带通滤波，尤其是要有效地滤除直流分量，传统的心电信号读取电路都采用分立元器件来实现，以避免片上大电阻、大电容的使用。但是，大量分立元器件的使用使得电路体积大幅增大，电路功耗大幅提高，从而使得心电图仪难以实现“微型化”和“便携化”。将整个心电信号读取电路全部集成在一个芯片上可以大幅压缩电路体积，降低电路功耗，降低设计成本。从而使得心电图机的“微型化”和“便携化”成为可能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种全单片集成的心电信号读取电路，以压缩电路体积，降低电路功耗，降低设计成本。

本发明提出的全单片集成的心电信号读取电路，由带通放大器（Band-Pass Amplifier）、可变增益放大器（VGA）、模数转换器（ADC）和振荡器（OSC）四个模块组成，四个模块集成于同一块芯片上；其中：带通放大器用于对输入信号进行滤波和第一次放大。可变增益放大器用于对信号进行再放大。模数转换器用于将放大后的信号数字化以便进行数据压缩和发送。振荡器用于为模数转换器提供时钟源。

本发明中，带通放大器的上、下截止频率分别为150Hz，50mHz。可变增益放大器的增益为6、10、12、16四档可调。模数转换器采用12位1kS/s的逐次逼近型模数转换器。振荡器为输出频率为100kHz的张弛振荡器。

本发明中，所述带通放大器的频率特性呈带通特性，具有上、下两个截止频率。低于下截止频率或是高于上截止频率的信号都将被衰减掉。该带通放大器采用基于运放的负反馈放大器结构，其闭环增益由输入电容和反馈电容的比率决定，下截止频率由反馈电阻和反馈电容决定，上截止频率由运放的单位增益带宽和闭环增益决定。

在所述带通放大器中，反馈电阻采用6个伪电阻单元串联而成，以避免电阻阻值随着输出幅度变化而变化，从而减小信号失真。所述伪电阻单元由两个二极管连接的PMOS晶体管构成，且这两个晶体管的漏极相连。

在所述带通放大器中，采用的运放结构为两级运放，以获得较好的噪声性能。

本发明中，所述的可变增益放大器的增益可以选择。该可变增益放大器采用基于运放的负反馈放大器结构，其闭环增益由输入电容和反馈电容的比率决定。所述输入电容可以通过T型开关来调整大小，从而调整放大器的闭环增益。该T型开关具有较大的关断电阻。

在所述可变增益放大器中，采用的运放为AB类运放，以获得较强的容性驱动能力。

本发明的整个心电信号读取电路可以实现全单片集成，无需外部分立元器件，从而使电路体积得以大幅压缩，功耗得以大幅减小，成本得以大幅降低。非常适用于便携式医疗产品。

附图说明

图1为本发明提出的全单片集成的心电信号读取电路的系统结构图。

图2为图1结构中的带通放大器的电路图。

图3为图2中反馈电阻所包含的伪电阻单元的电路图。

图4为图1结构中的可变增益放大器的电路图。

图5为图4中的开关的电路图。

图6为图1结构中的模数转换器的电路图。

图7为图1结构中的振荡器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

图1为本发明提出的全单片集成的心电信号读取电路的系统结构图。如图所示，其由带通放大器（Band-Pass Amplifier）、可变增益放大器（VGA）、模数转换器（ADC）和振荡器（OSC）四个模块组成。其中：带通放大器用于对输入信号进行滤波和第一次放大。可变增益放大器用于对信号进行再放大。模数转换器用于将放大后的信号数字化以便进行数据压缩和发送。振荡器用于为模数转换器提供时钟源。