一種微弱信號(hào)放大系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及感應(yīng)器領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種微弱信號(hào)放大系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于生物微弱信號(hào)具有信號(hào)弱、噪聲強(qiáng)、頻率范圍低、隨機(jī)性強(qiáng)的特性，對(duì)于生物 醫(yī)學(xué)電信號(hào)由于受到生物體諸多因素的影響，該些特點(diǎn)尤其突出，如蛙類坐骨神經(jīng)干的復(fù) 合動(dòng)作電位只有mv級(jí)，耳蝸內(nèi)的電誘發(fā)復(fù)合動(dòng)作電位也只有幾十個(gè)yV的量級(jí)，而腦干聽 覺誘發(fā)響應(yīng)信號(hào)小于1yV;生物電信號(hào)弱，加之生物體又是一個(gè)復(fù)雜的整體，因此信號(hào)易 受噪聲的干擾，對(duì)于測量裝置本身也帶有較強(qiáng)的本底噪聲的干擾，需要采取有效的去除本 底噪聲的方法；電生理信號(hào)的頻譜一般都較低，如腦電的頻譜分布范圍為1-30化，因此對(duì) 生物電信號(hào)的獲取、放大、測量時(shí)要充分考慮信號(hào)的低頻響應(yīng)特性；生物醫(yī)學(xué)電信號(hào)不但是 隨機(jī)的，而且是非平穩(wěn)的。生物微弱醫(yī)學(xué)信號(hào)的該些特點(diǎn)，使得生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測量和放大處 理成為信號(hào)處理技術(shù)發(fā)揮其威力的一個(gè)重要領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了放大輸入的微弱生物電信號(hào)，從而提供一種微弱信號(hào)的放大 系統(tǒng)，可測量得到mV級(jí)及yv級(jí)的微弱生物電信號(hào)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種微弱信號(hào)的放大系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括輸入級(jí)電 路，用于接收輸入的微弱生物電信號(hào)，所述微弱生物電信號(hào)為mV或yv級(jí)；自動(dòng)調(diào)零電路， 用于降低輸入級(jí)電路輸出的微弱生物電信號(hào)中失調(diào)電壓，抑制零點(diǎn)漂移W控制總的零位輸 出；中間級(jí)電路，用于將經(jīng)自動(dòng)調(diào)零電路處理后的輸入級(jí)電路輸出的微弱生物電信號(hào)進(jìn)行 放大后發(fā)送至輸出級(jí)電路；輸出級(jí)電路，用于進(jìn)一步放大中間級(jí)電路的微弱生物電信號(hào)后 輸出；其中，所述輸入級(jí)電路、中間級(jí)電路、輸出級(jí)電路分別設(shè)有輸入級(jí)復(fù)合開關(guān)電路、中間 級(jí)復(fù)合開關(guān)電路、輸出級(jí)復(fù)合開關(guān)電路，通過=級(jí)的復(fù)合開關(guān)電路閉合動(dòng)作組合，實(shí)現(xiàn)多種 放大倍數(shù)，W對(duì)不同幅度的微弱生物電信號(hào)進(jìn)行放大。
[0005] 優(yōu)選地，所述輸入級(jí)電路、中間級(jí)電路和輸出級(jí)電路采用具有較小輸入偏置電壓、 較大共模抑制比的對(duì)稱結(jié)構(gòu)儀表放大器。
[0006] 優(yōu)選地，所述復(fù)合開關(guān)電路包括至少一個(gè)復(fù)合開關(guān)，所述復(fù)合開關(guān)采用低功耗、低 阻抗的復(fù)合開關(guān)，通過復(fù)合開關(guān)閉合動(dòng)作組合，W調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。
[0007] 優(yōu)選地，所述輸入級(jí)電路放大倍數(shù)設(shè)置為20倍，中間級(jí)電路放大倍數(shù)設(shè)置為1倍 或10倍，輸出級(jí)電路放大倍數(shù)設(shè)置為1倍或5倍或20倍。
[000引本發(fā)明通過在多級(jí)運(yùn)算放大器的每級(jí)放大器設(shè)置復(fù)合開關(guān)電路的形式實(shí)現(xiàn)了多 種放大倍數(shù)，可對(duì)不同幅度的mV級(jí)及yV級(jí)的微弱生物電信號(hào)進(jìn)行放大測量；并且采用對(duì) 稱結(jié)構(gòu)的儀表放大器及輸出級(jí)電路采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)的差分輸入模式，可有效抑制了微弱信號(hào) 檢測中的環(huán)境噪聲、元器件工作時(shí)的本底噪聲及電源供電時(shí)的工頻噪聲；采用自動(dòng)調(diào)零系 統(tǒng)有效的解決了信號(hào)檢測時(shí)的零點(diǎn)漂移問題。
【附圖說明】
[0009] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微弱信號(hào)的放大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0010] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微弱信號(hào)的放大系統(tǒng)的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實(shí) 施例的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù) 方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一電路實(shí)施例，而不是全部 的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所 獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0012] 生物電信號(hào)是一種微弱信號(hào)，在微弱信號(hào)的檢測中，由于信號(hào)極易淹沒在環(huán)境噪 聲、元器件自身的本底噪聲和電源的工頻噪聲中，因此在生物微弱信號(hào)的測量中，要求前置 放大測量系統(tǒng)具有高放大倍數(shù)、高精度、低噪聲、低漂移等的特點(diǎn)。首先應(yīng)考慮抑制系統(tǒng)的 本底噪聲，組成測量放大系統(tǒng)的元器件選擇尤為重要。應(yīng)選用具有較小輸入偏置電壓，較大 共模抑制比的放大器。放大器通常通過改變反饋電阻的大小調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，反饋電阻由復(fù) 合開關(guān)控制，為了抑制本底噪聲，復(fù)合開關(guān)應(yīng)選擇時(shí)應(yīng)考慮低功耗、低阻抗。工頻噪聲通過 電源系統(tǒng)傳到電路的，為了減小工頻噪聲的影響，可W在電源處增加隔離電源交流噪聲的 電容。在微弱信號(hào)的測量過程中容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，而漂移電壓和有效信號(hào)電壓無法分辨， 甚至漂移電壓會(huì)將有效信號(hào)電壓淹沒，使放大電路無法正常工作，因此需要在微弱生物電 信號(hào)的測量過程中需要設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)零系統(tǒng)來克服零點(diǎn)漂移的問題。不同的生物微弱電信號(hào) 幅度不同，為了測量得到不同的生物電信號(hào)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要具有不同的放大倍數(shù)，可W采 用多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)不同放大倍數(shù)的組合。
[0013] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微弱信號(hào)的放大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0014] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的微弱信號(hào)的放大系統(tǒng)包括；低通濾波電路、輸入級(jí)電 路、中間級(jí)電路、輸出級(jí)電路、自動(dòng)調(diào)零電路和參考電源。其中，輸入級(jí)電路設(shè)有輸入級(jí)復(fù)合 開關(guān)電路、中間級(jí)電路設(shè)有中間級(jí)復(fù)合開關(guān)電路、輸出級(jí)電路設(shè)有輸出級(jí)復(fù)合開關(guān)電路。參 考電源與輸入級(jí)電路、中間級(jí)電路、輸出級(jí)電路和自動(dòng)調(diào)零電路相電連接，用于提供各級(jí)電 路穩(wěn)定的工作電壓。
[0015] 低通濾波電路與輸入級(jí)電路相連接，其采用RC組成的二階低通濾波器，輸入的微 弱電信號(hào)經(jīng)過RC組成的二階低通濾波器進(jìn)行低通濾波處理后，再將信號(hào)送入輸入級(jí)電路。
[0016] 輸入級(jí)電路與自動(dòng)調(diào)零電路相連接，可用于將低通濾波電路濾波處理后的微弱生 物電信號(hào)降噪、減小溫飄和放大后發(fā)送至自動(dòng)調(diào)零電路，所述微弱生物電信號(hào)為mV或yv 級(jí)。由于電刺激誘發(fā)的生物電信號(hào)非常微弱，極易受到噪聲的污染，所W輸入級(jí)電路采用儀 表放大器完成放大功能。為了提高儀表放大器差分輸入的對(duì)稱性，及滿足零漂、輸入偏置電 流、輸入偏置電壓的要求，可選用性能參數(shù)較好，巧片中含有2個(gè)運(yùn)算放大器的儀表放大器 MAX9914。MAX9914具有較小輸入偏置電壓、較大共模抑制比，適用于低功耗、便攜式醫(yī)療設(shè) 備中。
[0017] 自動(dòng)調(diào)零電路與中間級(jí)電路相連接，是為了降低輸入級(jí)電路輸出的微弱生物電信 號(hào)中失調(diào)電壓，抑制零點(diǎn)漂移w控制總的零位輸出。即若輸入級(jí)電路輸出的電壓超出中間 級(jí)電路放大器的工作電壓，則自動(dòng)調(diào)零電路對(duì)輸入級(jí)電路輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，然后再輸出 至中間級(jí)電路。由于本發(fā)明實(shí)施例的微弱信號(hào)放大系統(tǒng)由3級(jí)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組成，多級(jí)運(yùn)放中 每級(jí)的零位電壓對(duì)總的零位輸出的影響也各不同，輸入級(jí)放大器的輸出要經(jīng)過后面幾級(jí)放 大送至輸出端，因此對(duì)輸入級(jí)放大器設(shè)置調(diào)零電路，可達(dá)到控制總的零位輸出的效果。本發(fā) 明實(shí)施例中的自動(dòng)調(diào)零電路可通過開關(guān)控制其2種工作狀態(tài)，如；在進(jìn)行微弱信號(hào)的測量 時(shí)，通過外接的單片機(jī)控制自動(dòng)調(diào)零電路的開關(guān)閉合，達(dá)到抑制零點(diǎn)漂移的作用；不進(jìn)行測 量工作時(shí)，開關(guān)斷開，自動(dòng)調(diào)零電路不工作。
[0018] 中間級(jí)電路與輸出級(jí)電路相連接，用于將經(jīng)自動(dòng)調(diào)零電路處理后的輸入級(jí)電路輸 出的微弱生物電信號(hào)進(jìn)行放大后發(fā)送至輸出級(jí)電路，優(yōu)選地，中間級(jí)電路采用單端輸入模 式，由儀表放大器MAX9914完成放大功能。
[0019] 輸出級(jí)電路用于進(jìn)一步放大中間級(jí)電路的微弱生物電信號(hào)后輸出。優(yōu)選地，輸出 級(jí)電路采用單端輸入模式，由儀表放大器MAX9914完成放大功能。
[0020] 其中，輸入級(jí)電路、中間級(jí)電路、輸出級(jí)電路分別設(shè)有輸入級(jí)復(fù)合開關(guān)電路、中間 級(jí)復(fù)合開關(guān)電路、輸出級(jí)復(fù)合開關(guān)電路，通過=級(jí)的復(fù)合開關(guān)電路閉合動(dòng)作組合，實(shí)現(xiàn)多種 放大倍數(shù)，W對(duì)不同幅度的微弱生物電信號(hào)進(jìn)行放大，微弱生物電信號(hào)為