端相連，電阻R8的另一端與運(yùn)算放大器AMP_2的輸出端0相連，電阻R7的另一端 與單片機(jī)輸出的參考偏置電壓PI N5端口相連；電阻R5、R7相等，電阻R6、R8相等且是電 阻R5、R7的倍數(shù)，從而可完成對(duì)已轉(zhuǎn)換的電壓小信號(hào)的差分放大和去除差分共模電壓達(dá)到 輸出電壓軌到軌的功能；所述低通濾波器LPF的輸入端I連接差分運(yùn)算放大器AMP_2的輸 出端，完成對(duì)工頻和高頻的干擾的濾波；所述低通濾波器LPF的輸出端與單片機(jī)PIN6端口 相連。
[0020] 如圖2所示為本實(shí)用新型所述的生物微弱信號(hào)檢測(cè)與處理電路的程控濾波電路 的工作原理圖，由于運(yùn)算放大器AMP_1的同相輸入電壓和反相輸入電壓相等。因此當(dāng)同相 端PIN5加上一定值的電壓時(shí)，反相端即檢測(cè)電極上也產(chǎn)生等量的電壓VPIN5,于是通過(guò)控 制同相端上的電壓，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)電極的電壓進(jìn)行控制。由于流入運(yùn)算放大器AMP_1反 向端的電流幾乎為零，故酶電極的等效電阻R_TEST的響應(yīng)電流為I = VPIN5/R_TEST，即流過(guò) 反饋電阻R1的電流。運(yùn)算放大器AMP_1的反相端輸入電流可以忽略，因此便可得到運(yùn)算放 大器AMP_1的輸出電壓VOUT = VPIN5+IXR1，最終實(shí)現(xiàn)微弱電流的檢測(cè)與I-V轉(zhuǎn)換。為了降 低等效噪聲帶寬，在反饋電阻R1兩端并聯(lián)反饋電容C1，如圖2所示。在反饋電路中還具有 低通濾波器作用和抵消輸入端寄生電容及提高電路穩(wěn)定性的作用，以盡量降低電路中的噪 聲。
[0021] 電阻R1的電流噪聲系數(shù)的測(cè)量，為電阻兩端每伏特直流電壓在十倍頻程內(nèi)產(chǎn)生 廠， 的均方根噪聲電壓的對(duì)數(shù)值，用dB表不為：/W =20_log-，Ev為噪聲電壓，Vdc為 Vac 電阻R1兩端施加電壓。電阻R1并聯(lián)10nF的電容Cl后，示波器輸出電壓噪聲波形如圖3 所示。測(cè)量電阻R1，計(jì)算圖3其電流噪聲系數(shù)約為70. 5dB。因此，電阻與電容并聯(lián)的低通 濾波器很好的抑制電阻的噪聲作用。
[0022] 如圖2所示單電源供電的運(yùn)算放大器AMP_1的同相端電壓由單片機(jī)輸出端口 PIN5 提供，同相端參考偏置電壓VPIN5經(jīng)過(guò)I-V轉(zhuǎn)換電路后，該共模電壓就會(huì)出現(xiàn)在輸出端，為了 擴(kuò)大檢測(cè)的輸出范圍，設(shè)計(jì)差分放大電路如圖4所示，使用軌到軌、低噪聲、高輸入阻抗、低 失調(diào)電壓、零飄移和低功耗的運(yùn)算放大器。電阻R5、R7相等，電阻R6、R8相等且是電阻R5、 R7的若干倍，從而完成對(duì)已轉(zhuǎn)換的電壓小信號(hào)的差分放大和去除差分共模電壓達(dá)到輸出電 壓軌到軌的功能。輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系如式VOUT= (VIN-VPIN5) ?(R6/R5)。實(shí)測(cè)本 電路，其示波器輸出電壓波形如圖5所示。圖示說(shuō)明可達(dá)到軌到軌的輸出電壓范圍。
[0023] 由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 本實(shí)用新型的生物微弱信號(hào)檢測(cè)與處理電路采用程控濾波分檔來(lái)檢測(cè)不同量級(jí) 的微弱信號(hào)電流，以提高信噪比，同時(shí)采用差分放大濾除共模信號(hào)再濾波，以提高微弱信號(hào) 的幅值，檢測(cè)效果好。
[0025] 以上僅是本實(shí)用新型的具體應(yīng)用范例，對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限 制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型權(quán)利保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種生物微弱信號(hào)檢測(cè)與處理電路，其特征在于：包含程控濾波電路、差分放大電 路、低通濾波器LPF ;所述程控濾波電路由運(yùn)算放大器AMP_1與由電阻與電容并聯(lián)形成的低 通濾波器形成；所述程控濾波電路用于微弱電流分量程檢測(cè)與濾波；所述差分放大電路與 程控濾波電路相連，可完成對(duì)已轉(zhuǎn)換的電壓小信號(hào)的差分放大和去除差分共模電壓，以達(dá) 到輸出電壓軌到軌的功能；所述低通濾波器LPF連接差分放大電路以濾除工頻干擾和高頻 噪聲。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物微弱信號(hào)檢測(cè)與處理電路，其特征在于：所述程控濾波 電路中的低通濾波器有多個(gè)，每個(gè)所述低通濾波器分別由模擬開關(guān)控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物微弱信號(hào)檢測(cè)與處理電路，其特征在于：所述程控濾波 電路中的低通濾波器有4個(gè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的生物微弱信號(hào)檢測(cè)與處理電路，其特征在于：所述差 分放大電路，包含運(yùn)算放大器AMP_2 ;所述運(yùn)算放大器AMP_2的同向輸入端分別與電阻R5、 R6的一端相連，電阻R6的另一端與參考地相連，電阻R5的另一端與程控濾波電路的運(yùn)算 放大器AMP_1的輸出端相連；運(yùn)算放大器AMP_2的反向輸入端分別與電阻R7、R8的一端相 連，電阻R8的另一端與運(yùn)算放大器AMP_2的輸出端相連，電阻R7的另一端與單片機(jī)輸出的 參考偏置電壓PIN5端口相連；電阻R5、R7相等，電阻R6、R8相等且是電阻R5、R7的倍數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物微弱信號(hào)檢測(cè)與處理電路，其特征在于：所述低通濾波 器LPF的輸入端連接差分運(yùn)算放大器AMP_2的輸出端，完成對(duì)工頻和高頻的干擾的濾波。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物微弱信號(hào)檢測(cè)與處理電路，其特征在于：所述程控濾波 電路包含實(shí)現(xiàn)電流/電壓的轉(zhuǎn)換的運(yùn)算放大器AMP_1，所述運(yùn)算放大器AMP_1的同向輸入端 接單片機(jī)輸出的參考偏置電壓PIN5端口，運(yùn)算放大器AMP_1的反向輸入端接被測(cè)生物傳感 器的等效電阻R_TEST，電阻R_TEST另一端接參考地；運(yùn)算放大器AMP_1的輸出端與模擬開 關(guān)SWl的一端相連，模擬開關(guān)SWl的另一端與并聯(lián)的電阻Rl和電容Cl的一端相連，并聯(lián)的 電阻Rl和電容Cl的另一端與運(yùn)算放大器AMP_1的反向輸入端相連；運(yùn)算放大器AMP_1的 輸出端與模擬開關(guān)SW2的一端相連，模擬開關(guān)SW2的另一端與并聯(lián)的電阻R2和電容C2的 一端相連，并聯(lián)的電阻R2和電容C2的另一端與運(yùn)算放大器AMP_1的反向輸入端相連；運(yùn)算 放大器AMP_1的輸出端與模擬開關(guān)SW3的一端相連，模擬開關(guān)SW3的另一端與并聯(lián)的電阻 R3和電容C3的一端相連，并聯(lián)的電阻R3和電容C3的另一端與運(yùn)算放大器AMP_1的反向輸 入端相連；運(yùn)算放大器AMP_1的輸出端與模擬開關(guān)SW4的一端相連，模擬開關(guān)SW4的另一端 與并聯(lián)的電阻R4和電容C4的一端相連，并聯(lián)的電阻R4和電容C4的另一端與運(yùn)算放大器 AMP_1的反向輸入端相連，所述模擬開關(guān)SWl- SW4由單片機(jī)輸出控制信號(hào)PINl-PIM端口 分別控制，以完成微弱電流分量程檢測(cè)與濾波。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種生物微弱信號(hào)檢測(cè)與處理電路，包含程控濾波電路、差分放大電路、低通濾波器LPF；所述程控濾波電路由運(yùn)算放大器AMP_1與由電阻與電容并聯(lián)形成的低通濾波器形成；所述程控濾波電路用于微弱電流分量程檢測(cè)與濾波；所述差分放大電路與程控濾波電路相連，可完成對(duì)已轉(zhuǎn)換的電壓小信號(hào)的差分放大和去除差分共模電壓，以達(dá)到輸出電壓軌到軌的功能；所述低通濾波器LPF連接差分放大電路以濾除工頻干擾和高頻噪聲；本實(shí)用新型所述的生物微弱信號(hào)檢測(cè)與處理電路采用程控濾波分檔來(lái)檢測(cè)不同量級(jí)的微弱信號(hào)電流，以提高信噪比，同時(shí)采用差分放大濾除共模信號(hào)再濾波，以提高微弱信號(hào)的幅值，檢測(cè)效果好。
【IPC分類】H03H7-01
【公開號(hào)】CN204272046
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420725681
【發(fā)明人】顧瑜, 鄒麗萍, 錢斌斌, 梁臻寧, 孫麗亞, 崔凱, 李亮, 陳偉元, 王鵬, 吳塵
【申請(qǐng)人】蘇州市瑋琪生物科技有限公司, 蘇州市職業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月15日
【申請(qǐng)日】2014年11月27日