无线脉搏血氧传感器收发机芯片的制作方法

本发明归属于微电子学，光学和医学电子学等领域，涉及到红外感应探测器器件及技术，集成电路技术，射频技术和传感器技术，特别是应用于无线脉搏血氧传感器收发机芯片。

背景技术：

21世纪是一个科技创新不断发展的时代，也是一个人口老龄化不断凸显的时代。每个人的家里都有老人，老年人的健康问题总是影响着我们的年轻人的心，然而为了养家糊口，上有老下有下的年青一代又不得不为生活而奔波而忽视老年人的健康，而老年人也不愿为此而打扰子女，甚至隐瞒自身病情，当不得不进医院检查时才发现为时已晚。为避免此类事故的发生，定期的身体检查不可避免，而去医院挂号体检又需要时间，且老年人对当前的医疗的进步又不法快速上手，年轻人又不得不拿出时间来陪伴。所以对于当前的医疗改革势在必行，便捷式医疗检测设备应处于改革的前列。

20世纪中以来，随着半导体技术的发展，各类电子产品应运而生：电脑，手机，各类家电不断被创造出来，方便了人们的生活。各类医疗检查设备的出现，使得人们的病情得到了早发现早治疗，大大提高了人们的寿命。

脉搏信号是最早用于诊断人体疾病的一种生理信号，在中国五千年的悠悠历史中，在西医西药还没有被引进中国之前，医生都是通过脉诊或者说诊脉来确诊各类疾病的，这就是中国的历史文化精粹之一的中医学。可见脉搏信号是包含着丰富的人体生理和病理信息的，对脉搏信号的提取和处理对现如今的临床医学也有着重要的指导意义和参考价值。

氧是生命活动的基础，缺氧是导致许多疾病的根源，而较为普遍的病症如慢性低血氧症，脑与心血管供血不足以及运动后的疲劳等生理和病理现象都与人体氧含量有直接关系，严重时直接威胁人的生命，血氧饱和度是监测人体携带氧的能力的重要生理参数，通过对血氧饱和度的监测可对人体携带氧的能力进行估计。

可见脉搏和血氧饱和度对于人体健康的重要程度，尤其是21世纪开始，智能化电子产品的出现，使得科技进一步创新，传统的脉搏和血氧的采集方式难免存在不足之处，不准确，有创伤式的采集方式已经渐渐不适应现有市场的发展，尤其当生物医学与半导体技术的结合之后产生了一系列新型的新一代便捷医疗设备，无线脉搏血氧仪就在此列当中。

现有技术还不能完善的解决本发明所涉及的技术问题，本发明在无线脉搏血氧传感器收发机芯片可以很好地适应市场需求，为无线脉搏血氧仪提供核心芯片和一个有实用价值的技术方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是通过提供一种无线脉搏血氧传感器收发机芯片，作为无线脉搏血氧仪的核心组成部分，以完善无线脉搏血氧仪的技术问题，使之更加智能化，小型化和便捷实用，以更好的适应市场需求。

本发明硬件由脉搏血氧采集芯片，电源管理芯片，信号处理芯片，rfid无线发送标签组成。

本发明的技术方案：无线脉搏血氧传感器收发机芯片，其特征在于，包括电源管理模块，脉搏血氧采集模块，信号处理模块和无线收发模块。电源管理模块与各模块相连，为各模块提供稳定的电源的支持；脉搏血氧采集模块的输出端连接信号处理模块的输入端，信号处理模块的输出端连接无线收发模块的输入端，无线收发模块将数字化的信号利用rfid技术，通过标签发送给阅读器，阅读器将接收到的信号传递给上位机，上位机将信号解调后进行分析处理，得出人体脉搏和血氧饱和度的信息并在显示器上显示相应的数值，若存在异常则向使用者发出警报。

所述的无线脉搏血氧传感器收发机芯片的电源管理模块，其特征在于采用1.8伏低电压电源以降低芯片功耗，提高芯片的续航能力；包括稳压模块，充电模块和电池模块，为其他模块提供电源支持；充电模块的输出端连接电池模块的输入端，电池模块的输出端连接稳压模块的输入端。

所述的电源管理模块的稳压模块采用低压差线性稳压器ldo结构，包括带隙基准电压源，保护电路，误差放大器，功率管和采样电阻；带隙基准电压源的输出端连接误差放大器的正极，采样电阻的中间端连接误差放大器的负极，误差放大器的输出端连接功率管的栅极，功率管的源极连接电源vcc，漏极连接输出端，保护电路的一端连接电源vcc，另一端连接功率管的栅极，采样电阻的一端连接地gnd，另一端连接输出端。

所述的无线脉搏血氧传感器收发机芯片的脉搏血氧采集模块，其特征在于包括波长为660nm的红光发光二极管，波长为940nm的近红外光发光二极管，光电探测器和led驱动模块。

所述的无线脉搏血氧传感器收发机芯片的信号处理模块，其特征在于包括电流频率转换器，电流电压转换模块，前置放大器，低通滤波器，二次放大模块，计数器和模数转换器；电流频率转换器的输出端连接电流电压转换模块的输入端，电流电压转换模块的输出端连接前置放大器的输入端，前置放大器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接二次放大模块的输入端，二次放大模块的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接计数器的输入端，且连接无线收发模块的输入端，计数器的输出端连接无线收发模块的输入端。

所述的信号处理模块的前置放大器，其特征在于包括三个运算放大器，六个精确电阻和一个可变电阻，其放大的增益值可通过改变可变电阻的阻值进行调整。

所述的无线脉搏血氧传感器收发机芯片的无线收发模块，其特征在于采用rfid技术，可以实现对所得数据的无线发送，与之匹配的阅读器会接收所得信号。

本发明具有的优点：1.人体生命体征信号的无创采集；2.芯片更加智能化，小型化和便捷化，操作更加简单；3.信息发送的无线化，实现室内的短程无线操控。

附图说明

图1是本发明无线脉搏血氧传感器收发机芯片的组成框图；

图2是本发明无线脉搏血氧传感器收发机芯片的配置示意图；

图3是本发明中血脉搏血氧采集模块的构成框图；

图4是本发明中信号处理模块的构成框图；

图5是本发明中信号处理模块的电流电压转换器的电路原理图；

图6是本发明中信号处理模块的基本运算放大器的电路原理图；

图7是本发明中信号处理模块的前置放大器的电路原理图；

图8是本发明中信号处理模块的低通滤波器的电路原理图；

图9是本发明中信号处理模块的二次放大模块的电路原理图；

图10是本发明中电源管理模块的构成框图；

图11是本发明中电源管理模块的稳压模块的电路原理图

图中

1：脉搏血氧采集模块2：信号处理模块

3：电源管理模块4无线收发模块

5：芯片保护外壳6皮肤采集接触区

7：皮肤及内部毛细血管简视图

101：红光光源102：红外光源

103：led驱动模块104：光电探测器

201：电流频率转换器202：电流电压转化器

203：可变增益仪表放大器204：lfp低通滤波器

205：二级放大器206：计数器

207：adc模数转化器

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种无线脉搏血氧传感器收发机芯片做出详细说明：

如图1所示，无线脉搏血氧传感器收发机芯片，其特征在于，包括电源管理模块，脉搏血氧采集模块，信号处理模块和无线收发模块。电源管理模块与各模块相连，为各模块提供稳定的电源的支持；脉搏血氧采集模块的输出端连接信号处理模块的输入端，信号处理模块的输出端连接无线收发模块的输入端，无线收发模块将数字化的信号利用rfid技术，通过标签发送给阅读器，阅读器将接收到的信号传递给上位机，上位机将信号解调后进行分析处理，得出人体脉搏和血氧饱和度的信息并在显示器上显示相应的数值，若存在异常则向使用者发出警报。

所述的无线脉搏血氧传感器收发机芯片的电源管理模块，其特征在于采用1.8伏低电压电源以降低芯片功耗，提高芯片的续航能力；包括稳压模块，充电模块和电池模块，为其他模块提供电源支持；充电模块的输出端连接电池模块的输入端，电池模块的输出端连接稳压模块的输入端。

所述的电源管理模块的稳压模块采用低压差线性稳压器ldo结构，包括带隙基准电压源，保护电路，误差放大器，功率管和采样电阻；带隙基准电压源的输出端连接误差放大器的正极，采样电阻的中间端连接误差放大器的负极，误差放大器的输出端连接功率管的栅极，功率管的源极连接电源vcc，漏极连接输出端，保护电路的一端连接电源vcc，另一端连接功率管的栅极，采样电阻的一端连接地gnd，另一端连接输出端。

所述的无线脉搏血氧传感器收发机芯片的脉搏血氧采集模块，其特征在于包括波长为660nm的红光发光二极管，波长为940nm的近红外光发光二极管，光电探测器和led驱动模块。

所述的无线脉搏血氧传感器收发机芯片的信号处理模块，其特征在于包括电流频率转换器，电流电压转换模块，前置放大器，低通滤波器，二次放大模块，计数器和模数转换器；电流频率转换器的输出端连接电流电压转换模块的输入端，电流电压转换模块的输出端连接前置放大器的输入端，前置放大器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接二次放大模块的输入端，二次放大模块的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接计数器的输入端，且连接无线收发模块的输入端，计数器的输出端连接无线收发模块的输入端。

所述的信号处理模块的前置放大器，其特征在于包括三个运算放大器，六个精确电阻和一个可变电阻，其放大的增益值可通过改变可变电阻的阻值进行调整。

所述的无线脉搏血氧传感器收发机芯片的无线收发模块，其特征在于采用rfid技术，可以实现对所得数据的无线发送，与之匹配的阅读器会接收所得信号，并将接收到的信号发送给上位机，上位机会对信号进行分析，得出人体的脉搏和血氧等生命体征信息。

如图2所示，为本发明无线脉搏血氧传感器收发机芯片的配置示意图，其核心是包裹在内部的芯片，包括脉搏血氧采集模块1，信号处理模块2，电源管理模块3和无线收发模块4，整个装置由皮肤接触的采集区6和外壳7包裹，将采集到的信息无线发给上位机，进行下一步处理，最终在机器上显示脉搏和血氧的信息。

整个装置通过皮肤接触区6与人体皮肤7接触，利用脉搏血氧采集模块1获取脉搏和血氧的信息，再经过信号处理模块2，将微弱的生理信号进行频率转换，初步放大，滤出噪声和干扰信息，二次放大，计数和数字化，通过rfid发送上位机。

如图3所示，脉搏血氧采集模块1包括红光光源101，红外光光源102，led驱动模块103，和光电探测器104，采用反射式脉搏血氧探测，即光源和光电探测器位于人体组织的同侧，光源发出的光线一部分经过人体组织的后被吸收，另一部分反射光被光电探测器接收；人体中存在的两种血红蛋白在红光谱区吸收差别很大，而在近红外光谱区吸收差别却很小，所以不同血氧饱和度的血液对光的吸收程度与两种血红蛋白含量比例有关。根据朗伯一比尔定律分析光探测器检测到的红光和红外光的容积脉搏波(ppg)，即可计算血红蛋白浓度和血氧饱和度。

如图4所示，信号处理模块2包括电流频率转换器，电流电压转换器，可变增益仪表放大器，低通滤波器和二次放大模块，电源管理模块3为其各个模块提供电源支持，将脉搏血氧采集模块1采集到的信息，进行频率转换，电压转化，一级放大，滤出高频信号和二次放大，以确保信号能被更好的分析，调制解调。

其中电流电压转化器的基本结构如图5所示，输入电流经过一个电阻(高精度、热稳定性好)使其产生一个电压，再将电压经过一个电压跟随器(或放大器)，将输入和输出隔离开来，使其负载不能影响电流在电阻上产生的电压。然后经一个电压跟随器(或放大器)输出，且c1滤除高频信号的干扰；其优点为：负载不影响转换关系。

其中一个基本的运算放大器如图6所示，m1-m5构成运放的第一级，m6和m7构成第二级共源放大，以得到更大的增益，rz和cc作为频率补偿，补偿极点以使系统更加稳定，m8-m11和r1为电路提供稳定的与温度无关的偏置电压。

一个可变增益的仪表放大器如图7所示，包括三个运放a1，a2和a3以及6个电阻r1-r6和一个可变电阻rw，电路增益可改变rw的阻值而改变，以适应不同的放大要求。当脉搏血氧采集模块1将采集到的脉搏波信号传送来时，经过频率和电压转换，连入到仪表放大器的输入端，添加偏置电压将微弱信号一次放大20～30倍，以便于达到后续处理环节的工作点。

一个一阶低通滤波器如图8所示，可以滤除经过的高频信号，减少噪声和不必要的信号的干扰。仪表放大器的输出连接低通滤波器的输入端，信号经过滤波器将频率高于截止频率的信号滤出，得到低频信号。

二次放大采用一个同相放大器以放大信号，如图9所示；包括两个采样电阻和运算放大器；低通滤波器的输出端连接同相放大器的输入端，因采用1.8v低电源，故同相放大器的放大倍数设置为两倍，以预防失真，即可以将输入的信号无失真的放大两倍。

如图10所示为电源管理模块3的基本框图，包括充电模块，电池和稳压模块。其中稳压模块采用ldo线性稳压器，其结构如图11所示。稳压器可以稳定电源电压，也可产生需要的稳定偏置电压；其结构包括带隙基准电压源，误差放大器，保护电路和反馈环路；其中保护电路包括过流保护电路和过温保护电路，可以有效的保护电源，防止电流过大或温度过高对系统造成的损坏。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围；凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。