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运算放大电路、主动电极及电生理信号采集系统

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-10-13 10:35:44

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:天津市滨海新区| 门松 | 2022-10-30 10:43:03
本发明提供一种运算放大电路,其由四个NMOS管、五个P型共源共栅管、一个N型共源共栅管、第一电阻及第一电容组成,其中两个大栅极面积的NMOS管组成差分输入对管,且该NMOS管的栅极构成反相输入端和同相输入端。本发明另外提供具有所述运算放大电路的主动电极及具有所述主动电极的电生理信号采集系统。利用所述运算放大电路及所述主动电极电路,所述电生理信号采集系统可在电极上实现较大增益的信号放大,有效地增强生理信号的抗干扰能力、减小噪声、增强信号精度;同时,所述运算放大电路具有较大输入阻抗(远高于皮肤阻抗),一方面可解决现有技术需要皮肤清洁剂和导体胶的问题,另一方面可提高信号采集精度。
一种运算放大电路,其特征在于,所述运算放大电路包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三N型共源共栅管、第四NMOS管、第五P型共源共栅管、第六P型共源共栅管、第七P型共源共栅管、第八P型共源共栅管、第九N型共源共栅管、第十P型共源共栅管、第一电阻及第一电容;所述第一NMOS管和所述第二NMOS管均为大栅极面积的MOS管,所述第一NMOS管和所述第二NMOS管组成差分输入对管,所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的栅极分别为所述运算放大电路的反相输入端和同相输入端;所述第九N型共源共栅管、所述第四NMOS管、所述第三N型共源共栅管及所述第十P型共源共栅管的栅极分别接第一电压、第二电压、第三电压及第四电压;所述第三N型共源共栅管和所述第九N型共源共栅管的源极均接地;所述第五P型共源共栅管、所述第六P型共源共栅管和所述第十P型共源共栅管的源极均接电源电压;所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的源极相接且接所述第四NMOS管的漏极;所述第四NMOS管的源极接所述第三N型共源共栅管的漏极;所述第五P型共源共栅管和所述第六P型共源共栅管的栅极相接,且接所述第一NMOS管的漏极。

在心电、脑电等生理信号的实际测量中,通常会使用皮肤清洁剂和导体胶以减小 皮肤阻抗,增强电极和皮肤间的导电性。然而,这种传统的测量方法通常需要很长的准备时 间,而且会对人体的皮肤造成一定程度的损伤,不利于进行长期的测量。另一方面,在传统 电极中,由导连线引入的电子干扰会产生不期望的噪声问题,当生理采集信号很小时,这种 问题显得尤为严重。

针对上述问题,主动电极的设计概念在1968年就已经提出,虽然这种设计较为有 用,但是由于当时的晶体管等电子器件体积大而且成本高,不适于电极内集成,主动电极并 没有得到广泛的应用。近年来,随着电子和集成电路技术的发展、电池及封装技术的进步, 主动电极已能以较为合理的成本得到应用。然而,相比于以往,现在需采用新的设计技术来 满足现代医疗器械的性能指标,因此对于主动电极在生理信号采集应用方面的研究逐渐转 化为电路工程问题。基于此,现在关于主动电极的设计主要分为三个类型:一是单位增益放 大缓冲器,这种设计能提供高输入阻抗、低输出阻抗,实现阻抗转换的功能,使电极对电生 理信号的采集能力更强,受到后极导连线的干扰更弱;二是小增益放大器,这种设计相比于 第一类提供一定的信号放大功能,能进一步增强对导连线噪声的抗干扰能力;三是较大增 益放大器,这种设计抗噪声干扰能力最强,但是由于人体电生理信号存在较大的直流失调 电压,此种设计较难实现,而且较大的增益容易产生失配,会减小电路的共模抑制比。

发明人:黄实;张金勇;盛亮亮;蔡锦和;王磊 联系方式:0755-86392458 中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力,推动我国自主知识产权新工业的建立,成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统,由九个研究平台,国科大深圳先进技术学院,多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究,促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。

相较于现有技术,利用所述运算放大电路及所述主动电极电路,所述电生理信号 采集系统可在电极上实现较大增益的信号放大,抗300mV极化电压,其可有效地增强生理信 号的抗干扰能力、减小噪声、增强信号精度;同时,所述运算放大电路具有较大输入阻抗(远 高于皮肤阻抗),一方面可解决现有技术需要皮肤清洁剂和导体胶的问题,另一方面可提高 信号采集精度。另外,所述主动电极电路采用解塞技术,可以大大提高信号响应速度,进而 可避免由于电生理信号(心电等)具有极低的高通截止频率,而存在信号响应时间过慢问 题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段, 而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够 更明显易懂,以下特举实施例,并配合附图,详细说明如下。

技术合作

相较于现有技术,利用所述运算放大电路100及所述主动电极电路200,所述电生 理信号采集系统300可在电极上实现较大增益的信号放大,抗300mV极化电压,其可有效地 增强生理信号的抗干扰能力、减小噪声、增强信号精度;同时,所述运算放大电路100具有较 大输入阻抗(远高于皮肤阻抗),一方面可解决现有技术需要皮肤清洁剂和导体胶的问题, 另一方面可提高信号采集精度。另外,所述主动电极电路200采用解塞技术,可以大大提高 信号响应速度,进而可避免由于电生理信号(心电等)具有极低的高通截止频率,而存在信 号响应时间过慢问题。

以上所述,仅是本发明的实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本 发明已以实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱 离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化 的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。