用于人体表生物电信号采集的主动电极的芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于人体表生物信号采集的芯片，特别是涉及一种结构简单、单端采集的用于人体表生物电信号采集的主动电极的芯片。
【背景技术】
[0002]近年来随着集成电路的发展越来越成熟，对于医疗中使用的器械和诊断方法的要求更加人性化。主动电极的诞生意味着传统的人体生理信号采集将变得非常方便，安全，快捷。虽然关于主动电极的设计层出不穷，然而传统的设计方案都存在很多问题。
[0003]自从1903年，荷兰科学家发明心电图机以来，在人体生物电信号采集有了很大进步。心电采集的原理就是在心脏运动的每个周期以内，体表的生物电都会发生变化。人体体表信号的采集包括心电信号，肌电信号，脑电信号等等。传统的人体电信号采集是利用信号图机分析仪器作为接收端，在采集端口电极贴片会被直接贴在人体的表面，同时必须保证胶质填充到皮肤与贴片之间来降低体表的电阻。由于生物电信号在传统的传输过程中经过很长的导联线，因而传输的质量将受到外界环境的影响。
[0004]当代关于生物电信号采集的进展主要集中在心电采集芯片的设计与创新的阶段。所谓主动电极就是将生物电信号采集芯片直接植入到贴片电极之中，从而避免了在实际采集中胶质的使用，减少了病人的痛苦，同时缩短了准备的时间。由于电极直接附在人体体表，因而采集过程受到外界环境的影响很小。综上所述，要想做成体表生物电信号采集芯片，必须考虑到以下几点难题:人体体表的阻抗非常大、人体生物电信号的幅值很微弱、人体也是一个导体，外界的电信号都会加载到人体、人体生物电信号的在一定频率范围内会有信号及最低截至频率会非常低。
[0005]为了能够克服以上几种难点中的一项或者多项，目前的解决方案有:贴片电极中的主动电极大多采用差分输入结构，对于极小数值的高通截至频率，大部分芯片采用了大数值的电阻电容来实现；为了克服人体的极化电压，大多设计的输入部分用了较大数值的电容来进行滤波；为了解决50Hz的工频干扰，50Hz陷波器被夹在两级放大电路的之间。从上述解决方案，不难看出现有的技术需要较大数值的电容和电阻，这就意味，芯片的面积将会增加。同时较大的电容和电阻将会使得电路达到稳定状态的延时时间很大。由于人体50Hz的工频干扰影响很大，因此仅仅使用陷波器是一种形而上学的方法。现有的主动电极为了实现微弱信号的放大，至少使用2级放大电路结构，这无疑增加了电路的复杂程度。最重要的缺点是，现有的技术采用双端采集，然而由于人体体表结构很复杂，因而很难保证这两点采集到的信号是完全相同的。
【发明内容】
[0006]基于此，有必要提供一种结构简单、单端采集的用于人体表生物电信号采集的主动电极的芯片。
[0007]—种用于人体表生物电信号米集的主动电极的芯片，包括右腿驱动、用于跟随传输采集的人体表生物电信号的缓冲器及用于滤除人体表生物电信号中的工频噪声的陷波器；还包括用于将人体表生物信号转换为180°相位差的输出信号的单端转差分模块及用于抑制直流偏置的放大电路；
[0008]所述缓冲器的输入端接人体表面，用于采集人体表生物电信号，所述缓冲器的输出端接所述陷波器的输入端，所述陷波器的输出端接所述单端转差分模块的输入端，所述单端转差分模块的第一输出端和第二输出端对应接所述放大电路的第一输入端和第二输入端，所述放大电路输出端输出人体表生物电信号；所述右腿驱动的输入端用于与信号采集模块中的缓冲器的输出端连接；
[0009]所述缓冲器采集的人体表生物电信号经过与所述右腿驱动电路叠加求平均，再由所述右腿驱动推回人体表形成负反馈，同时所述缓冲器将采集的人体表生物电信号输出给所述陷波器；所述陷波器滤除人体表生物电信号中的工频噪声，所述单端转差分模块将滤除工频噪声的人体表生物电信号转换为180°相位差的输出信号，所述放大电路将180°相位差的输出信号放大后输出。
[0010]在其中一个实施例中，所述陷波器为50Hz陷波器。
[0011]在其中一个实施例中，所述单端转差分模块包括栅极电阻Rgl、栅极电阻Rg2、反馈电阻Rf!、反馈电阻Rf2及芯片THS4509 ；
[0012]所述栅极电阻Rgl —端为所述单端转差分模块的输入端，另一端与所述芯片THS4509的正相输入端连接，所述栅极电阻Rg2 —端接地，另一端接所述芯片THS4509的反相输入端，所述反馈电阻Rfl连接于所述芯片THS4509的正相输入端和负输出端之间，所述反馈电阻Rf2连接于所述芯片THS4509的反相输入端和正输出端之间，所述芯片THS4509的正输出端和负输出端对应为所述单端转差分模块的第一输出端和第二输出端。
[0013]在其中一个实施例中，所述放大电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、放大器AMP1、放大器AMP2、晶体管Ml、晶体管M2、电容CO、虚电阻Re及晶体管MO ；
[0014]所述电阻Rl的一端为所述放大电路的第一输入端，另一端接所述放大器AMPl的反相输入端，所述电阻R5的一端为所述放大电路的第二输入端，另一端接所述放大器AMPl的正相输入端，所述电阻R2的一端接所述放大器AMPl的反相输入端，另一端接所述放大器AMP2的输出端，所述电容CO连接于所述放大器AMP2的输出端和反相输入端之间，所述晶体管Ml的源极接所述放大器AMP2的反相输入端，所述晶体管Ml的漏极同时接所述晶体管Ml的栅极、所述晶体管M2的漏极及所述晶体管M2的栅极，所述晶体管M2的源极输入参考电压；所述电阻R3和所述电阻R4串联于所述晶体管M2的源极和所述放大器AMPl的输出端之间；所述电阻R3和所述电阻R4的公共连接点接所述放大器AMP2的正相输入端；所述虚电阻Re的一端接所述放大器AMP2的反相输入端，另一端接所述晶体管MO的源极，所述放大器AMPl的输出端和所述电阻R4的公共连接点为所述放大电路的输出端。
[0015]在其中一个实施例中，所述放大器AMPl为差分放大器。
[0016]在其中一个实施例中，还包括电容Ce、二极管D1、二极管D2、比较器U1、比较器U1、电阻R7、电阻R8及电阻R9 ；
[0017]所述电阻R7、所述电阻R8、所述电阻R9依次串联于输入电源和接地之间，所述电阻R7和所述电阻R8的公共连接点接所述比较器Ul的反相输入端；所述电阻R8和所述电阻R9的公共连接点接所述比较器U2的正相输入端；所述比较器Ul的正相输入端接所述比较器U2的反相输入端；所述比较器Ul的输出端接所述二极管Dl的正极，所述比较器U2的输出端接所述二极管D2的正极，所述二极管Dl的负极、所述二极管D2的负极和所述电容Ce的一端同时接所述晶体管MO的栅极，所述电容Ce的另一端接地。
[0018]上述用于与人体表直接相连接的缓冲器经过采集体表信号以后，被采集到的信号经过右腿驱动电路被叠加求平均后推回人体形成负反馈。陷波器滤除接收的人体表生物电信号中的工频噪声。而单端转差分模块将滤除工频噪声的人体表生物电信号转换为180°相位差的输出信号，从而形成单端采集双端输出的电路结构，180°相位差的输出信号由放大电路放大后输出。因而在实现单端采集的同时仅用了两级放大电路结构，使得整体电路结构更为简单，降低了芯片成本。
【附图说明】
[0019]图1为用于人体表生物电信号采集的主动电极的芯片模块图；
[0020]图2 (a)为50Hz陷波器的电路原理图；
[0021]图2 (b)为组合电路a的原理图；
[0022]图3为单端转差分模块的电路原