一種用于光電容積描記信號(hào)的光電流處理模擬前端電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光電容積描記信號(hào)的光電流處理模擬前端電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展，光電容積描記技術(shù)儼然已成為實(shí)現(xiàn)人體無創(chuàng)生理參數(shù)檢測(cè)的重要技術(shù)之一。光電容積描記信號(hào)即光電容積脈搏波信號(hào)，是一種通過光電容積描記法獲得的容積脈搏波信號(hào)。心臟收縮射血，血液經(jīng)過動(dòng)脈系統(tǒng)進(jìn)入人體外周血管中的微動(dòng)脈、毛細(xì)血管和微靜脈等微血管，該部分微血管的血液容積最大，光電傳感器內(nèi)接收到的光強(qiáng)度是最弱的，相對(duì)應(yīng)的光電流會(huì)最小。當(dāng)心臟舒張停止射血，血液經(jīng)過靜脈系統(tǒng)返回心臟時(shí)，微血管的血液容積最小，光電傳感器內(nèi)接收到的光強(qiáng)度將達(dá)到最強(qiáng)，相對(duì)應(yīng)的光電流會(huì)最大。光電容積脈搏波的直流分量，主要對(duì)應(yīng)動(dòng)脈血的非脈動(dòng)部分、靜脈血以及肌肉組織等部分的光吸收，反映了心搏出量的大小，是血管阻力、血管彈性等血流參數(shù)的量度；同時(shí)，直流分量還可以用于計(jì)算其他的人體參數(shù)(如血氧飽和度)。交流分量反映了動(dòng)脈血的光吸收，主要與動(dòng)脈的血容量有關(guān)，同步于人體心臟的搏動(dòng)，是人體微循環(huán)的重要生理信息?；诠怆娙莘e脈搏波的采集和處理，以實(shí)現(xiàn)人體生理參數(shù)無創(chuàng)檢測(cè)有著重要的應(yīng)用價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)血氧飽和度、無袖帶血壓、心輸出量以及心率等。光電容積描記信號(hào)，包含直流分量和交流分量，不同的采集部位(如指端、耳垂、前額等)或者采集對(duì)象，其直流分量通常是不一樣的。光電容積描記信號(hào)直流分量的差異性，對(duì)模擬前端處理電路的性能，有著重要影響。
[0003]常見的光電容積描記信號(hào)的單片集成電路，如附圖1所示，該處理電路主要由三部分組成，第一部分、光電傳感器；第二部分、跨阻放大器，由運(yùn)算放大器AlO和電阻RfO組成；第三部分、反饋網(wǎng)絡(luò)電路，由誤差放大器A20、補(bǔ)償電容Ce和MOS管MlO組成。這種常見的光電容積描記信號(hào)處理電路，利用具有極低截止頻率特性的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)電路，將跨阻放大器輸出端的直流分量直接反饋到光電傳感器的輸入端，光電傳感器所產(chǎn)生的光電流直流分量在MOS管MlO的漏極取得，交流分量經(jīng)過跨阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。模擬前端處理電路的高通截止頻率越低，則交、直流分量分離得的效果越好，為了優(yōu)化電路的交流分量、直流分量分離，其反饋網(wǎng)絡(luò)電路中誤差放大器A20通常使用了電容值很大的補(bǔ)償電容Ce或采用分離電容器件來實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)很低的截止頻率。假設(shè)ωρ2是誤差放大器A20的主極點(diǎn)、Adc2是誤差放大器Α20的低頻直流增益，G皿為MOS管MlO的跨導(dǎo)，R {是跨阻放大器的直流增益，則模擬前端處理電路的高通截止頻率為《HP=RfADe2cop2Gm。高通截止頻率ωΗΡ越低，交、直流分量分離的效果就越好。為了實(shí)現(xiàn)極低的截止頻率的ωΗΡ，使模擬前端處理電路的主極點(diǎn)ωρ2盡可能的降低，常常需要電容值很大的補(bǔ)償電容。然而，電容值大的電容元件，會(huì)造成光電容積描記信號(hào)模擬前端處理電路的芯片面積明顯增大，既無法滿足高集成度的要求，也會(huì)增加芯片的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種用于光電容積描記信號(hào)的光電流處理模擬前端電路，利用小電容值的積分電容實(shí)現(xiàn)超大時(shí)間常數(shù)和極低截止頻率。
[0005]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種用于光電容積描記信號(hào)的光電流處理模擬前端電路，包括光電傳感器、跨阻放大器電路、跨導(dǎo)電路和積分電路；
[0007]所述光電傳感器的一端接地，所述光電傳感器的另一端分別連接跨阻放大器電路的一端、跨導(dǎo)電路的一端，所述跨阻放大器電路的另一端連接所述積分電路的一端，所述跨導(dǎo)電路的另一端連接所述積分電路的另一端；
[0008]所述積分電路，包括積分電阻Rl、MOS管Ml、MOS管M2、積分電容C和運(yùn)算放大器A2 ；
[0009]所述積分電阻Rl的一端連接所述積分電路的輸入端，所述積分電阻Rl的另一端分別連接MOS管Ml的漏極、MOS管M2的漏極，MOS管Ml的柵極連接電壓控制Vbi端，MOS管M2的柵極連接電壓控制Vb2端，MOS管M2的源極連接參考電壓源V ,ef端，MOS管Ml的源極分別連接積分電容C的一端、運(yùn)算放大器A2的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器A2的正輸入端連接參考電壓源端，積分電容C的另一端和運(yùn)算放大器A2的輸出端均連接所述積分電路的輸出端。
[0010]其中，所述積分電容C的電容值為l-10pF。
[0011]其中，所述光電傳感器為光電二極管，所述跨阻放大器電路包括運(yùn)算放大器Al、跨阻電阻Rf、補(bǔ)償電容Cf:
[0012]所述運(yùn)算放大器Al的正輸入端連接參考電壓源Vref端，所述運(yùn)算放大器Al的負(fù)輸入端分別連接跨阻電阻Rf的一端、補(bǔ)償電容Cf的一端、光電二極管的負(fù)極、跨導(dǎo)電路的一端，所述運(yùn)算放大器Al的輸出端分別連接跨阻電阻Rf的另一端、補(bǔ)償電容Cf的另一端、所述積分電路的輸入端。
[0013]其中，所述運(yùn)算放大器Al的輸出端還連接交流分量電壓信號(hào)采樣端。
[0014]其中，所述跨導(dǎo)電路包括MOS管Metrt，所述MOS管Metal的漏極連接所述光電傳感器的另一端，所述MOS管柵極連接所述積分電路的輸出端。
[0015]其中，應(yīng)用于上述的用于光電容積描記信號(hào)的光電流處理模擬前端電路的控制方法，包括:
[0016]控制電壓控制Vbi端的電壓輸入值和電壓控制V B2端的電壓輸入值，使流過MOS管Ml的電流值Idi和流過MOS管M2的電流值ID2的比值α遠(yuǎn)小于1，以便補(bǔ)償直流分量信號(hào)的差異性對(duì)所述光電容積描記信號(hào)的模擬前端處理電路的高通截止頻率的影響。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:一種用于光電容積描記信號(hào)的光電流處理模擬前端電路，包括光電傳感器、跨阻放大器電路、跨導(dǎo)電路和積分電路；所述積分電路，包括積分電阻Rl、MOS管Ml、MOS管M2、積分電容C和運(yùn)算放大器Α2 ;該用于光電容積描記信號(hào)的光電流處理模擬前端電路，利用小電容值的積分電容實(shí)現(xiàn)超大時(shí)間常數(shù)和極低的高通截止頻率，有效地實(shí)現(xiàn)光電容積描記信號(hào)的交流分量、直流分量的分離。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)容和這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是常見的光電容積描記信號(hào)的單片集成電路。
[0020]圖2是本發(fā)明提供的積分電路的電路連接圖。
[0021]圖3是本發(fā)明提供的用于光電容積描記信號(hào)的光電流處理模擬前端電路的方框圖。
[0022]圖4是本發(fā)明提供的用于光電容積描記信號(hào)的光電流處理模擬前端電路的電路圖。
[0023]圖5是本發(fā)明提供的用于光電容積描記信號(hào)的光電流處理模擬前端電路的光電流交流分量、直流分量分離的仿真結(jié)果圖。
[0024]圖6是本發(fā)明提供的用于