专利名称：基于pvdf传感器的脉搏信号处理电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种信号处理电路，更具体地说，涉及一种基于PVDF传感器的脉 搏信号处理电路。
背景技术：
脉搏信号是人体重要的生理信号，包含了人体重要的生理病理信息。由于脉搏信 号为微弱信号，并且存在于复杂的噪声之中，因此要把它提取出来并非一件易事。现有技术 采用光电传感器采集脉搏信号，然而此类传感器所采集的信号是十分微弱的，只有0. 05 ImV0因此，需要提高对模拟放大电路的要求，特别是对放大器的要求，必定会选用高共模抑 制比、低噪声、低偏置电流的仪表放大器作前级放大，从而导致产品成本过高。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述采用光电传感器，因此 需要提高对放大器的要求，从而导致成本过高的缺陷，提供一种基于PVDF (Polylinylidene Fluioride聚偏氟乙烯)传感器的脉搏信号处理电路。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于PVDF传感器的 脉搏信号处理电路，包括用于采集脉搏信号的PVDF传感器，与所述PVDF传感器相连用于 接收和放大所述脉搏信号并输出放大后的脉搏信号的脉搏信号放大电路，所述脉搏信号放 大电路包括用于输出所述放大后的脉搏信号的输出端，用于接收脉搏信号并进行一级放大的一级运算放大器，用于接收脉搏信号并进行二级放大的二级运算放大器，连接在所述一级运算放大器和二级运算放大器之间用于对所述一级放大的脉搏 信号进行高通滤波的高通滤波模块，与所述二级运算放大器相连用于对所述二级放大的脉搏信号进行低通滤波的低 通滤波模块，与所述二级运算放大器相连用于为所述二级运算放大器提供基准电压的基准电 压模块。在本实用新型所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路中，所述脉搏信号放 大电路还包括在所述PVDF传感器与一级运算放大器之间依次连接用于静电放电保护的ESD保 护模块，用于对所述脉搏信号进行输入滤波的输入滤波模块和用于匹配所述脉搏信号的 输入阻抗的输入阻抗匹配模块，以及在所述二级运算放大器与输出端之间依次连接的用于对所述脉搏信号进行 滤波抗混叠的滤波抗混叠模块和用于匹配所述脉搏信号的输出阻抗的输出阻抗匹配模块。[0015]在本实用新型所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路中，所述高通滤波模 块进一步包括高通滤波电容和高通滤波电阻，所述高通滤波电容和高通滤波电阻串连接入 所述一级运算放大器的输出端和二级运算放大器的正输入端。在本实用新型所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路中，所述低通滤波模 块进一步包括低通滤波电容和低通滤波电阻，所述低通滤波电容和低通滤波电阻并连接入 所述二级运算放大器的输出端和二级运算放大器的负输入端之间。在本实用新型所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路中，所述基准电压模 块进一步包括跟随运算放大器，所述跟随运算放大器的正输入端与外部电压相连，输出端 输出1. OV 1. 3V基准电压并与所述二级运算放大器的正输入端相连。在本实用新型所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路中，所述输入阻抗匹 配模块包括输入阻抗匹配电阻，所述输入阻抗匹配电阻接入所述一级运算放大器的正输入 端和二级运算放大器的正输入端之间。在本实用新型所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路中，所述输入滤波模 块进一步包括输入滤波电阻和输入滤波电容，所述输入滤波电阻和输入滤波电容串连接入 所述PVDF传感器的输出端与二级运算放大器的正输入端之间。在本实用新型所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路中，所述滤波抗混叠 模块进一步包括滤波抗混叠电阻和滤波抗混叠电容，所述滤波抗混叠电阻和滤波抗混叠电 容串联接入所述二级运算放大器的输出端和大地之间。在本实用新型所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路中，所述输出阻抗匹 配模块包括输出阻抗匹配电阻，所述输出阻抗匹配电阻接入所述脉搏信号放大电路的输出 端和大地之间。在本实用新型所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路中，所述ESD保护模块 包括两个TVS 二极管，其中一个所述TVS 二极管正极接所述PCDF传感器的输出端，负极接 高电压，另一个所述TVS 二极管正极接大地，负极接所述P⑶F传感器的输出端。实施本实用新型提供的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，具有以下有益效 果在保证获得高信噪比脉搏信号的前提下，降低产品的硬件成本，并且简化电路，增强实 用性。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1是本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路的基本原理框图；图2是本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路的第一实施例原理框 图；图3是本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路的第二实施例原理框 图；图4是本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路的第二实施例电路原理 图；图5是本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路的第二实施例中基准电 压模块的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。请参阅图1，为本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路的基本原理框 图。如图1所示，本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路包括PVDF传感器和脉 搏信号放大电路。所述PVDF传感器用于采集脉搏信号，所述脉搏信号放大电路与所述PVDF 传感器相连，用于接收和放大所述脉搏信号并输出放大后的脉搏信号。请结合参阅图2，为本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路的第一实施 例原理框图。如图2所示，所述脉搏信号放大电路进一步包括输出端TP，用于输出所述放大后的脉搏信号；一级运算放大器TO01A，用于接收脉搏信号并进行一级放大；二级运算放大器TO01B，用于接收一级放大后的脉搏信号并进行二级放大；高通滤波模块，连接在一级运算放大器U501A和二级运算放大器U501B之间，用于 对所述一级放大的脉搏信号进行高通滤波；低通滤波模块，与二级运算放大器TOOlB相连，用于对所述二级放大的脉搏信号 进行低通滤波；基准电压模块，与二级运算放大器TOOlB相连，用于为二级运算放大器TOOlB提供 基准电压。请结合参阅图3，为本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路的第二实施 例原理框图。如图3所示，第二实施例是在第一实施例的基础上增加了一些模块，包括在 PVDF传感器与一级运算放大器U501A之间依次连接的ESD保护模块，用于静电放电保护；输入滤波模块，用于对脉搏信号进行输入滤波；输入阻抗匹配模块，用于匹配脉搏信号的输入阻抗；以及在二级运算放大器 U501B与输出端TP之间依次连接的滤波抗混叠模块，用于对脉搏信号进行滤波抗混叠；输出阻抗匹配模块，用于匹配脉搏信号的输出阻抗。请结合参阅图4，为本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路的第二实施 例电路原理图。如图4所示，第二实施例电路原理图的核心是一级运算放大器TOOlA和二 级运算放大器TOO IB。高通滤波模块包括高通滤波电容C504和高通滤波电阻R505，高通滤波电容C504 和高通滤波电阻R505串连接入一级运算放大器TOOlA的输出端和二级运算放大器TOOlB 的正输入端。低通滤波模块包括低通滤波电容C501和低通滤波电阻R501，低通滤波电容C501 和低通滤波电阻R501并连接入二级运算放大器TOOlB的输出端和二级运算放大器TOOlB 的负输入端之间。ESD保护电路包括两个TVS 二极管D501和D502，其中，TVS 二极管D501的正极接PVDF传感器的输出端，负极接电压V_BAT，TVS 二极管D502的正极接大地，负极接PVDF传 感器的输出端。输入滤波电路包括输入滤波电阻R502和输入滤波电容C505，输入滤波电阻R502 和输入滤波电容C505串连接入PVDF传感器的输出端与二级运算放大器TOOlB的正输入端 之间，输入滤波电路的截止频率F = l/2*pi*RC，频率范围为0. 05 0. IHZ ；输入阻抗匹配模块包括输入阻抗匹配电阻R504，输入阻抗匹配电阻R504接入一 级运算放大器TOOlA的正输入端和二级运算放大器TOOlB的正输入端之间。滤波抗混叠模块包括滤波抗混叠电阻R517和滤波抗混叠电容C506，滤波抗混叠 电阻R517和滤波抗混叠电容C506串联接入二级运算放大器TOOlB的输出端和大地之间。输出阻抗匹配模块包括输出阻抗匹配电阻R506，输出阻抗匹配电阻R506接入输 出端TP和大地之间。脉搏信号由PVDF传感器接收，PVDF传感器的输出端首先接到包含两个TVS 二极 管D501和D502的ESD保护电路，然后接到包含输入滤波电阻R502和输入滤波电容C505 的输入滤波电路，再经过阻抗匹配电阻R504，接到一级运算放大器TOOlA的正输入端。一级 运算放大器U501A的负输入端并联接到电阻R508和R507，产生放大倍数为3 5倍。一级 运算放大器U501A的输出端接到包含高通滤波电容C504和高通滤波电阻R505的高通滤波 器电路，再经过电阻R503，接到二级运算放大器TOOlB的负输入端，二级运算放大器U501B 的正输入端接到基准电压端，并接到包含低通滤波电容C501和低通滤波电阻R501的低通 滤波器电路，产生放大倍数为3 5倍，截止频率为90 120HZ。二级运算放大器TOOlB的 输出端接到包含滤波抗混叠电阻R517和滤波抗混叠电容C506的抗混叠电路，最后接到阻 抗匹配电阻R506，得到最终输出的信号。请结合参阅图5，为本实用新型基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路的第二实施 例中基准电压模块的电路原理图。如图5所示，第二实施例中基准电压模块为二级运算放 大器U501B提供参考电压1.(^ 1.3￥，包括跟随运算放大器TO02A，跟随运算放大器TO02A的正输入端与外部电压相连，输出 端输出1. OV 1. 3V基准电压并与二级运算放大器TOOlB的正输入端相连；三个分压电阻R509、R512、R514，串联接入电压V和大地之间；基准电压输入滤波电容C505，一端接到分压电阻R509和分压电阻R512之间，另一 端接大地；跟随运算放大器TO02A，正输入端接到分压电阻R509和分压电阻R512之间，负输 入端接到其输出端；去噪电阻R511，与跟随运算放大器TO02A的输出端相连；基准电压输出滤波电容C510，一端接去噪电阻R511，且该端为基准电压输出端， 另一端接大地。本实用新型实施例采用的PVDF传感器为ContactMic CM-02，运算放大器为 0PA2336。ContactMic CM-02PVDF传感器具有明显的压电特性，其压电常数比PZT压电陶 瓷高10到20倍，而密度却只有PZT压电陶瓷的1/4，电压灵敏度为200V/mm。通过搭建以 ContactMic CM-02PVDF传感器结合0PA2336运算放大器为核心的模拟放大电路，再经过 阻抗的匹配、滤波、电源去耦、输出抗混叠等，调整电路相关元器件的参数，可以得到一个达15db的高信噪比信号，能够有效地采集和处理微弱的脉搏信号。本实用新型由于采用以PVDF传感器结合运算放大器为核心的模拟放大电路，因 而避免了现有技术中使用仪表放大器作为前置放大器而导致的高成本。在保证获得高信噪 比脉搏信号的前提下，降低产品的硬件成本，并且简化电路，增强实用性。以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
权利要求1.一种基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，其特征在于，包括用于采集脉搏信号 的PVDF传感器，与所述PVDF传感器相连用于接收和放大所述脉搏信号并输出放大后的脉 搏信号的脉搏信号放大电路，所述脉搏信号放大电路进一步包括用于输出所述放大后的脉搏信号的输出端， 用于接收脉搏信号并进行一级放大的一级运算放大器， 用于接收一级放大后的脉搏信号并进行二级放大的二级运算放大器， 连接在所述一级运算放大器和二级运算放大器之间用于对所述一级放大的脉搏信号 进行高通滤波的高通滤波模块，与所述二级运算放大器相连用于对所述二级放大的脉搏信号进行低通滤波的低通滤 波模块，与所述二级运算放大器相连用于为所述二级运算放大器提供基准电压的基准电压模块。
2.根据权利要求1所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，其特征在于，所述脉 搏信号放大电路还包括在所述PVDF传感器与一级运算放大器之间依次连接用于静电放电保护的ESD保护模块，用于对所述脉搏信号进行输入滤波的输入滤波模块和用于匹配所述脉搏信号输入阻 抗的输入阻抗匹配模块，以及在所述二级运算放大器与输出端之间依次连接的用于对所述脉搏信号进行滤波 抗混叠的滤波抗混叠模块和用于匹配所述脉搏信号输出阻抗的输出阻抗匹配模块。
3.根据权利要求1所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，其特征在于，所述高 通滤波模块进一步包括高通滤波电容和高通滤波电阻，所述高通滤波电容和高通滤波电阻 串连接入所述一级运算放大器的输出端和二级运算放大器的正输入端。
4.根据权利要求1所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，其特征在于，所述低 通滤波模块进一步包括低通滤波电容和低通滤波电阻，所述低通滤波电容和低通滤波电阻 并连接入所述二级运算放大器的输出端和二级运算放大器的负输入端之间。
5.根据权利要求1所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，其特征在于，所述 基准电压模块进一步包括跟随运算放大器，所述跟随运算放大器的正输入端与外部电压相 连，输出端输出1. OV 1. 3V基准电压并与所述二级运算放大器的正输入端相连。
6.根据权利要求2所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，其特征在于，所述输 入阻抗匹配模块包括输入阻抗匹配电阻，所述输入阻抗匹配电阻接入所述一级运算放大器 的正输入端和二级运算放大器的正输入端之间。
7.根据权利要求2所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，其特征在于，所述输 入滤波模块进一步包括输入滤波电阻和输入滤波电容，所述输入滤波电阻和输入滤波电容 串连接入所述PVDF传感器的输出端与二级运算放大器的正输入端之间。
8.根据权利要求2所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，其特征在于，所述滤 波抗混叠模块进一步包括滤波抗混叠电阻和滤波抗混叠电容，所述滤波抗混叠电阻和滤波 抗混叠电容串联接入所述二级运算放大器的输出端和大地之间。
9.根据权利要求2所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，其特征在于，所述输出阻抗匹配模块包括输出阻抗匹配电阻，所述输出阻抗匹配电阻接入所述脉搏信号放大电 路的输出端和大地之间。
10.根据权利要求2所述的基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，其特征在于，所述 ESD保护模块包括两个TVS 二极管。
专利摘要本实用新型涉及一种基于PVDF传感器的脉搏信号处理电路，包括PVDF传感器以及和所述PVDF传感器相连的脉搏信号放大电路。所述脉搏信号放大电路进一步包括ESD保护模块、输入滤波模块、输入阻抗匹配模块、一级运算放大器、二级运算放大器、高通滤波器模块、低通滤波器模块、基准电压模块、波形抗混叠模块、输出阻抗匹配模块和输出端。本实用新型在保证获得高信噪比脉搏信号的前提下，降低产品的硬件成本，并且简化电路，增强实用性。
文档编号A61B5/02GK201847675SQ201020561488
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者周大伟 申请人:深圳市万维通无线通讯技术有限公司