[发明专利]一种植入式微弱电流转换电路及转换方法

说明书

本发明属于电子、电路技术领域，具体为一种植入式微弱电流转换电路及转换方法。本发明的转换器包括单极增值型∑∆调制器/双斜率模数转换器复用电路、计数器和数字控制电路；复用电路将植入式传感器电流先转换成模拟输出电压，然后将此模拟输出电压进行数字量化；计数器将单极增值型∑∆调制器/双斜率模数转换器复用电路的工作周期进行计数；数字控制电路根据计数器的输出鉴定植入式传感器输入电流的电流范围，并根据电流范围调节单极增值型∑∆调制器和双斜率模数转换器复用电路的工作模式。本发明实现了高精度、高灵敏度以及大动态范围的微弱电流转换。

技术领域

本发明属于电子、电路技术领域，具体涉及一种植入式微弱电流转换器设计，尤其涉及一种植入式高精度、高灵敏度以及大动态范围的微弱电流转换电路及转换方法。

背景技术

植入式传感器用于植入体内测量待测物质的浓度。一般来说，植入式传感器的产生电流和待测物质的浓度正比。对于健康人来说，待测物质浓度的波动范围不会太大，但对于一个身体异常的人来说，待测物质的浓度会在一个很大的范围内波动，与之相应的，植入式传感器的输出电流也具有很大的动态范围。此外，电化学传感器所处的人体环境易于受到电磁干扰等外界环境的影响。所以，植入式传感器应用中要求电流转换器首先要求非常好的抗噪声能力，避免受人体噪声环境的干扰；其次要求高精度以及高灵敏度，能检测到人体内非常细微的变化；最后为了避免人体组织受损，要求电流转换器具有非常低的功耗。

传统的微弱电流转换器的实现方法有很多：将电流积分成电压和将电流放大的方法可以检测到pA级的电流，但是在植入式应用中需要额外的模数转换器，通常功耗会比较高。将电流转换成时间或频率的方法非常简单，而且输出信号可以直接用于调制输出，消耗的功耗非常小，但是很难实现比较高的精度，通常用于检测大于1nA的电流。对于具体的实现电路，增值型∑∆调制器适用于比较大的电流信号，能实现非常高的精度及大的测量范围。而双斜率模数转换器结构在低功耗设计中能实现的精度和测量范围有限，但是对于测量非常小的电流(<1pA)时非常有优势，因为它引入的开关噪声非常小，这在非常微弱的电流测量中非常有利。

本发明的发明人发现，上述的传统方法很难同时实现高精度、高灵敏度以及大动态范围的微弱电流转换，因而需要其他的方法来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种植入式高精度、高灵敏度以及大动态范围的微弱电流转换电路及转换方法。

本发明提供的微弱电流转换电路，采用单极增值型∑∆调制器和双斜率模数转换器相复用的电路，很好的实现了高精度、高灵敏度以及大动态范围的微弱电流转换。其包括：单极增值型∑∆调制器/双斜率模数转换器复用电路、计数器、数字控制电路。其连接关系为：单极增值型∑∆调制器/双斜率模数转换器复用电路输出端与计数器输入端相连接，计数器输出端与数字控制电路输入端相连接，数字控制电路输出端通过两条线路与单极增值型∑∆调制器/双斜率模数转换器复用电路相连接，从而构成闭合调节回路。其中：

所述单极增值型∑∆调制器/双斜率模数转换器复用电路，用于将植入式传感器先转换成模拟输出电压，然后将此模拟输出电压进行数字量化；其有两种工作模式，即单极增值型∑∆调制器模式和双斜率模数转换器模式，可以根据植入式传感器的电流大小，在两种模式之间切换；

所述计数器，用于对单极增值型∑∆调制器/双斜率模数转换器复用电路的工作周期进行计数；

所述数字控制电路，用于根据计数器的输出鉴定植入式传感器输入电流的电流范围，并根据电流范围调节单极增值型∑∆调制器和双斜率模数转换器复用电路的工作模式。

本发明中，单极增值型∑∆调制器/双斜率模数转换器复用电路处理的输入电流的信号可选范围为（10fA-1nA）。