专利名称：一种生物电信号采集装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种生物电信号采集装置及方法，尤其涉及一种对多采集通道进行切换采集的生物电信号采集装置及方法。
背景技术：
目前微弱生物电信号检测通常有两种方法。一种是普遍采用的比较复杂的交流放大电路架构，包括缓冲、仪表放大、高通滤波、二级放大、多阶低通滤波、模拟开关、差分电平偏移、模数转换等多级放大电路结构。由于该电路结构使用了截至频率较低的高通滤波器， 当导联上产生干扰较大，造成第一级仪表放大电路输出饱和，进而对高通滤波器的电容充电；若此时病人状况恢复，导联上干扰几乎消除，然而高通滤波器的隔直电容需要非常长的时间才能释放完，这在临床上造成了严重的基线漂移。由于交流放大电路架构存在该缺陷， 于是业界开始使用直流放大电路架构进行心电信号采样。2009年公开的专利CN200910107383. 1提出了一种直流放大信号采集装置。该装置去除了交流放大方案中信号采集通道上的高通滤波装置，使用了保护电路、缓冲、仪表放大、RC低通、模拟开关、单端-差分放大、模数转换的电路架构，较好地解决了交流放大方案中由于隔直电容存在引起的基线漂移问题。该方案相比交流放大方案有性能成本优势。该专利的提出的方案中，模拟开关之前使用了 8路仪表放大器，这不利于降低电路成本；将信号由差分转单端，再由单端转差分的做法也增大了电路成本。
发明内容
本发明解决的技术问题是构建一种生物电信号采集装置及方法，克服现有技术生物电信号采集装置及方法电路复杂、成本高的技术问题。本发明的技术方案是构建一种生物电信号采集装置，包括进行信号采集的多条采集通道90、输入保护/低通滤波电路10、缓冲器20、通道选择及差分放大单元30、模数转换电路60、处理器单元70，所述输入保护/低通滤波电路10对采集的信号进行能量限制以保护电路，再进行低通滤波，所述缓冲器20对采集的信号进行阻抗变换，通道选择及差分放大单元30选择当前需要转换的模拟通道及接下来需要采样的模拟通道并切换，对当前需要转换的模拟通道和即将转换的模拟通道信号进行差分放大和输出；所述模数转换电路 60对信号进行模数转换然后输入到处理器单元70，所述处理器单元控制所述通道的选择与切换并接收所述模数转换电路60输出的信号。本发明的进一步技术方案是所述生物电信号采集装置还包括将人体设置在中心电位的右腿驱动电路90，所述右腿驱动电路90包括运放和电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻 R4、电阻R5，所述运放的负相输入端分别通过电阻R1、电阻R2、电阻R3连接输入端RA_BUF、 输入端LA_BUF和输入端LL_BUF，所述运放的正相输入端连接人体的中心电位，所述运放的负相输入端通过电阻R4连接所述运放的输出端，所述运放的输出端通过限流电阻R5连接导联RL。本发明的进一步技术方案是所述输入保护/低通滤波电路10包括气体放电管、 限流电阻、滤波电容、高频交流耦合电容、双二极管，所述气体放电管的两端分别连着导联输入和浮地；限流电阻一端与导联输入端相连，另一端与缓冲器20的同相输入端相连；滤波电容的一端与所述输入缓冲电路20同相端相连，另一端与浮地相连；高频交流耦合电容一端与高频信号源的输出相连，另一端与缓冲器20同相端相连；双二极管的中心抽头端与缓冲器的同相输入端相连，另两端分别与正负电源相连。本发明的进一步技术方案是所述缓冲器20由一个低失调电压、低失调电流、低噪声的单运放构成，单运放同相端与输入保护电路/低通滤波器10中的限流电阻相连，反相端接运放自身的输出端并与模拟开关30的输入通道相连。本发明的进一步技术方案是所述通道选择及差分放大单元30包括通道选择电路及差分放大电路32，所述通道选择电路包括模拟开关阵列31及切换电路33，所述模块开关阵列31连接所述缓冲器20及所述差分放大电路32，所述切换电路33连接所述差分放大电路32及所述模数转换电路60。本发明的进一步技术方案是所述通道选择及差分放大单元30包括通道选择电路及差分放大电路，所述通道选择电路包括模拟开关及电阻，所述模拟开关通过所述缓冲器20及输入保护/低通滤波电路10连接多路采集通道，所述电阻通过所述缓冲器20及输入保护/低通滤波电路10连接一种采集通道。本发明的进一步技术方案是所述差分放大电路40由两个差分放大电路模块构成一片集成的高速双运放与三个电阻构成，所述差分放大电路32的负相输入端IN —通过模拟开关30的输出端与右胳膊的导联RA连接的缓冲器20的输出连接，正相输入端IN+通过模拟开关30的输出端与除右胳膊的导联RA外的其它导联连接的缓冲器20的输出连接， 差分放大电路32的输出与模拟开关33的输入端相连。本发明的进一步技术方案是所述模拟开关阵列30包括模拟开关Kl和模拟开关 K2，所述模拟开关阵列30的差分输入的负相与右胳膊的导联RA连接的缓冲器20的输出连接，正相与除右胳膊的导联RA和右腿导联RL外的其它导联连接的缓冲器20的输出连接； 所述模拟开关阵列30的差分输出与所述差分放大电路32的两个同相输入端相连；所述处理器单元70包括输入输出端，所述模拟开关阵列30的控制信号线与处理器单元70的输入输出端相连。本发明的进一步技术方案是所述模数转换器60为差分输入的模数转换器，电压参考源的输出端接到所述模数转换器60的参考电压输入引脚VREF上，所述模数转换器60 的差分正相输入端通过模拟开关33连接到差分放大电路40的正相输出端；所述模数转换器60的差分负相输入端通过模拟开关33连接到差分放大电路40的负相输出端，所述模数转换器60的输出端与处理器单元70相连。本发明的技术方案是提供一种生物电信号采集方法，包括如下步骤 设置采集通道设置当前采集通道，将所述多条采集通道设置到病人相应位置； 能量限制及滤波对采集的信号进行能量限制以保护电路，再进行低通滤波； 阻抗变换对采集的信号进行阻抗变换；
依次切换采集通道对多条采集通道进行选择，依次切换采集通道进行信号建立和采集；
差分放大及模数转换对采集的信号进行差分放大及模数转换以转换成数字信号。本发明的进一步技术方案是还包括延时步骤，即，在读取模数转换后数据的时间小于信号进行差分放大所需的最大建立时间时进行延时。本发明的技术效果是信号采集通道上使用全差分放大技术，避免了现有产品从差分信号转单端信号，再从单端信号转差分信号过程中使用单端信号进行过渡的环节；利用模拟开关相对仪放和运放的成本优势，根据系统参数合理利用模拟开关，减少了仪表放大器的使用数量；系统达到20Ksps的采样率可以无失真地直接检出起搏脉冲信号，避免了使用复杂的PACE展宽电路。降低了系统成本。直流放大电路架构，无时间常数电路，信号检测快，且基线稳定，信号动态输入范围大。器件少，可靠性高，有利于产品小型化。高速模数转换器的配合使用，使得系统采样率可以达到很高。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的具体实施例的一种结构示意图。图3为本发明的差分运放的电路图。图4为本发明右腿驱动电路示意图。图5为本发明的流程图。图6为本发明具体实施例的流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。如图1、图2所示，本发明的具体实施方式
是构建一种生物电信号采集装置，包括进行信号采集的多条采集通道90、输入保护/低通滤波电路10、缓冲器20、通道选择及差分放大单元30、模数转换电路60、处理器单元70，所述输入保护/低通滤波电路10对采集的信号进行能量限制以保护电路，再进行低通滤波，所述缓冲器20对采集的信号进行阻抗变换，通道选择及差分放大单元30选择当前需要转换的模拟通道及接下来需要采样的模拟通道并切换，对当前需要转换的模拟通道和即将转换的模拟通道信号进行差分放大和输出；所述模数转换电路60对信号进行模数转换然后输入到处理器单元70，所述处理器单元控制所述通道的选择与切换并接收所述模数转换电路60输出的信号。如图1所示，具体实施例中，所述通道选择及差分放大单元30包括通道选择电路及差分放大电路32，所述通道选择电路包括模拟开关阵列31及切换电路33，所述模块开关阵列31连接所述缓冲器20及所述差分放大电路32，所述切换电路33连接所述差分放大电路32及所述模数转换电路60。所述模拟开关阵列31包括模拟开关Kl和模拟开关K2， 所述模拟开关阵列31的差分输入的负相与右胳膊的导联RA连接的缓冲器20的输出连接的输出相连，正相与除右胳膊的导联RA外的其它导联连接的缓冲器20的输出连接；所述模拟开关阵列31的差分输出与所述差分放大电路32的两个同相输入端相连；所述处理器单元70包括输入输出端，所述模拟开关阵列31的控制信号线与处理器单元70的输入输出端相连。所述模拟开关33，是2入1出的差分信号选择模拟开关。它的输入与差分放大电路 32的输出相连；输出与模数转换电路60的输入相连；模拟开关33的控制信号线与处理器单元的I/O线相连。本发明的具体实施过程是工作时，输入保护/低通滤波电路10首先对输入信号进行能量限制，防止电刀、除颤、ESD等损伤硬件电路，造成电路工作异常，同时滤除高频噪声；然后由缓冲器20对输入信号进行阻抗变换；接着模拟开关阵列31选择当前需要转换的模拟通道，同时也选中接下来需要采样的模拟通道；其次差分放大电路32对当前需要转换的模拟通道和即将转换的模拟通道信号进行差分放大、差分输出；然后模拟开关33选中当前需要转换的模拟通道。信号进入到模数转换电路60 ；最后处理器单元70启动模数转换电路60进行模数转换，并读取转换后模数转换器中的数据，同时处理器单元70控制模拟开关将当前模拟通道和即将转换的模拟通道切换到既定的下一对。所述输入保护/低通滤波电路10由气体放电管、限流电阻、滤波电容、高频交流耦合电容、双二极管组成。其中气体放电管的两端分别连着导联输入和浮地；限流电阻一端与导联输入端相连，另一端与缓冲器20的同相输入端相连；滤波电容的一端与输入缓冲电路20同相端相连，另一端与浮地相连；高频交流耦合电容一端与高频信号源的输出相连， 另一端与缓冲器20同相端相连；双二极管的中心抽头端与缓冲器的同相输入端相连，另两端分别与正负电源相连。所述的缓冲器20，由一个低失调电压、低失调电流、低噪声单运放构成，单运放用作电压跟随器。同相端与输入保护电路&低通滤波器10中的限流电阻相连，反相端节运放自身的输出端并与模拟开关30的输入通道相连。所述差分放大电路32，由两个差分放大电路模块构成一片集成的高速双运放与三个电阻构成，如图2所示。差分放大电路32的正相输入端IN+通过模拟开关30的输出能与缓冲器20除RA外的导联输出连接；负相输入端IN —通过模拟开关30的输出能与缓冲器20的RA输出连接。差分放大电路32的输出与模拟开关33的输入端相连。所述模数转换电路60，由电压参考源和高速高精度的差分输入SAR型模数转换器组成。电压参考源的输出接到模数转换器的参考电压输入引脚VREF上。模数转换器的差分正相输入引脚通过模拟开关33可连接到差分放大电路32的OUT+端；模数转换器的差分负相输入引脚通过模拟开关33可连接到差分放大电路32的OUT —端。模数转换电路60 的输出与MCU的通信接口相连；模数转换电路60的控制信号线与处理器单元70的I/O引脚相连。所述处理器单元70，由存储器、微处理器和SPlGerial Peripheral Interface, 串行外设接口等接口电路，简称“SPI，，)构成，它控制模拟开关30、模拟开关60进行输入通道切换，控制模数转换器完成转换，并读取转换后的数据。微处理器在对心电信号进行选择性的预处理后，通过 USB 或 SPI 或 USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/异步串行接收/发送器，简称“USART”)发送到上位机或者存储器内，至此系统完成了心电信号的采集和预处理。所述的右腿驱动电路80，由一个运放和多个电阻构成，具体如4所示。其输入RA_ BUF、LA_BUF和LL_BUF通过电阻RU R2、R3分别连接到缓冲器20的RA、LA和LL的输出。 电阻R5是限流电阻。其输出RL连接到RL导联上。中心电位电压接入到运放Ul的正相输入端。该电压与运放失调电压之和可近似认为是人体的中心电平电压。所述生物电信号采集装置还包括将人体设置在中心电位的右腿驱动电路90，所述右腿驱动电路90包括运放和电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，所述运放的负相输入端分别通过电阻R1、电阻R2、电阻R3连接输入端RA_BUF、输入端LA_BUF和输入端LL_ BUF，所述运放的正相输入端连接人体的中心电位，所述运放的负相输入端通过电阻R4连接所述运放的输出端，所述运放的输出端通过限流电阻R5连接导联RL。所述通道选择及差分放大单元30包括通道选择电路及差分放大电路，所述通道选择电路包括模拟开关及电阻，所述模拟开关通过所述缓冲器20及输入保护/低通滤波电路10连接多路采集通道，所述电阻通过所述缓冲器20及输入保护/低通滤波电路10连接一种采集通道。具体实施过程如下输入保护/低通滤波电路10共有九路，每路由1个气体放电管、1个限流电阻、滤波电容、1个高频交流耦合电容、1个双二极管组成。其中气体放电管的两端分别连着导联输入和浮地；限流电阻一端与导联输入端相连，另一端与缓冲器20的同相输入端相连；滤波电容的一端与输入缓冲电路20同相端相连，另一端与浮地相连；高频交流耦合电容一端与高频信号源的输出相连，另一端与缓冲器20同相端相连；双二极管的中心抽头端与缓冲器的同相输入端相连，另两端分别与正负电源相连。限流电阻与滤波电容构成一个低通滤波器，出于高输入阻抗要求，其截至频率通常在50KHz以上。由于体表生物电信号十分微弱，且生物电信号采集导联与体表接触电阻、人体本身的内阻常常很大，为了有效获取生物电信号(心电信号)，需要采集设备的输入阻抗足够大。这就要求使用缓冲器进行阻抗变换。本发明的缓冲器20共九路，每一路由一个低噪声、 低失调电流单运放构成。本发明在缓冲器20中采用的运放输入阻抗高达IOGQ，可保证采集装置有能力获得高输入阻抗。缓冲器20的输出与所述通道选择及差分放大单元30的输入相连。图3中的模拟开关是图1模拟开关30的一种非典型应用，它主要由一个8输入1 输出的模拟开关K和1个电阻组成，电阻的阻值与模拟开关单通道导通电阻典型值相等。模拟开关的模拟开关K的输入与缓冲器20的输出LA、LL、V1、6相连，电阻的输入端与缓冲器 20的输出RA相连。模拟开关的输出接到差分放大器电路32的输入端。差分放大器电路32共有1路，其输入IN-与所述通道选择及差分放大单元30电阻的RA输出相连，输入IN+与8输入1输出的所述通道选择及差分放大单元30输出相连。差分放大器用于抑制共模信号，放大差模信号。差分放大器的放大倍数选取主要考虑在右腿驱动使人体获得的中心电平的电压、人体生物电信号幅度、电极与体表间的极化电压等三个主要因素下不出现饱和。差分放大器40通常由1片高速、高CMRR (Common-mode rejection ratio共模抑制比，简称“CMRR”)的双运放构成。双运放的选择是利用运放的匹配工艺减小差分运放间的CMRR差异性，尽可能地提高系统CMRR。本实施实例中使用的高速运放是0PA2336，在IKHz以下范围CMRR最小IOOdB,典型值120dB。即差分放大器能保证自身IOOdB的共模抑制能力。能有效抑制共模信号(50/60HZ工频干扰等)。模数转换电路60的差分正相输入引脚通过连接到差分放大电路32的OUT+端；差分负相输入引脚连接到差分放大电路32的OUT —端。模数转换器及其外围电路50的输出与MCU的SPI通信接口相连；模数转换电路60的控制信号线与处理器单元70的1/0引脚相连。模数转换电路60主要由模数转换器与电压参考两部分组成。模数转换器为高速SAR 型结构差分输入的模数转换器。本例实施中模数转换器选用的是18位精度的AD7691，其采样率可达250Ksps。于是系统可轻松获得15Ksps的采样率，这相对于150Hz带宽的生物电信号过采样因子可达50 ；同时不需要特殊的起搏脉冲展宽电路即可检0. lms、2mV的脉冲信号。图1中，处理器单元70 I/O引脚首先需控制模拟开关，在指定的建立时间后选择当前将要转换的通道进行采样，同时选择下一个采样的通道进行信号建立。处理器单元70 通过I/O引脚控制模数转换器启动转换，待模数转换器转换完成后，通过SPI 口读取模数转换器中当前通道的生物电数据并存存入随机读写存储器(RAM)。在指定的建立时间满足后， MCU再次通过I/O引脚控制模数转换器启动转换，待模数转换器60完成后，处理器单元70 再控制模拟开关选中下一个模拟信号通道进行信号建立，最后通过SPI 口读取模数转换器中当前通道的生物电数据并存存入RAM，如此循环。处理器单元70将获取的生物电数据进行初步处理后，再通过外围接口(SPI、USART或USB)发送到上位机或者外围内存中。图2中，处理器单元70 I/O引脚首先需控制模拟开关，选择当前将要转换的通道， 其次在指定的建立时间后再通过I/O引脚控制模数转换器启动转换，待模数转换器转换完成后，处理器单元70再控制模拟开关选中下一个模拟信号通道进行信号建立，最后通过 SPI 口读取模数转换器中当前通道的生物电数据并存存入随机读写存储器(RAM)。在指定的建立时间满足后，MCU再次通过I/O引脚控制模数转换器启动转换，待模数转换器60完成后，处理器单元70再控制模拟开关选中下一个模拟信号通道进行信号建立，最后通过SPI 口读取模数转换器中当前通道的生物电数据并存存入RAM，如此循环。处理器单元70将获取的生物电数据进行初步处理后，再通过外围接口(SPI、USART或USB)发送到上位机或者外围内存中。如图5所示，本发明的具体实施方式
是提供一种生物电信号采集方法，包括如下步骤
设置采集通道设置当前采集通道，将所述多条采集通道设置到病人相应位置。能量限制及滤波对采集的信号进行能量限制以保护电路，再进行低通滤波。阻抗变换对采集的信号进行阻抗变换。依次切换采集通道对多条采集通道进行选择，依次切换采集通道进行信号采集。差分放大及模数转换对采集的信号进行差分放大及模数转换以转换成数字信号。为了合理利用模数转换器的高转换率，需要处理器单元70控制所述模拟开关阵列30及模块开关50，以保证差分放大器对信号的建立时间足够长。处理器单元70控制所述模拟开关阵列30及模块开关50的方法如下。假设模拟转换器将要采集生物电信号的通道顺序是I、II、VI、V4、V2、V5、V3、V6， 为了便于程序实现，对通道顺序进行阿拉伯数字编号为0、1、2、3、4、5、6、7，即通道0与通道 I指的是同一通道信号，于是固件软件流程图如图5所示。本发明具体工作过程如下
步骤SOO 能量限制及滤波，即对采集的信号进行能量限制以保护电路，再进行低通滤波。
步骤SlO 阻抗变换，即对采集的信号进行阻抗变换。步骤S20 差分放大，即对采集的信号进行差分放大。步骤S30 设置采集通道，即设置当前采集通道，将所述多条采集通道设置到病人相应位置。步骤S40 依次切换采集通道，即对多条采集通道进行选择，依次切换采集通道进行信号采集。所述的步骤S40用于在生物电信号采集装置上电时，选择设定的输入通道0和1， 让模拟开关后端的差分放大器电路对输入信号有足够的建立时间。延时，以保证差分放大电路的最大建立时间满足。所述的步骤S50，初始化循环变量i。生物电信号采集装置通常有8个输入通道， 模数转换器单元每次只采样1个输入通道，使用循环体以简化程序。所述的步骤S60，启动模数转换器对当前输入通道进行模数转换。延时，以保证模数转换器所需的最大转换时间得以满足。然后结束模数转换器转换，让转换后数据出现在数据端口，便于MCU单元读取。所述的步骤S70，是判断循环变量是奇数还是偶数。所述的步骤S80，是在循环变量是偶数时，将模拟开关K接通到下一个即将要采样的输入通道，模拟开关Kl接通到下下一个将要采样的输入通道，模拟开关K2保持不变，此时模拟开关K2已接通到了下一个即将要采样的输入通道。所述的步骤S90，是在循环变量是奇数时，将模拟开关K接通到下一个即将要采样的输入通道，模拟开关K2接通到下下一个将要采样的输入通道，模拟开关Kl保持不变，此时模拟开关Kl已接通到了下一个即将要采样的输入通道。所述的步骤S100，是MCU单元读取模数转换器中转换后的数据。在步骤S70前将模拟开关切换到下一个输入通道，是让差分放大电路单元能利用MCU读取模数转换器中数据的时间来对输入信号提前进行建立。延时，是在MCU读取模数转换器中数据的时间小于差分运放单元所需的最大建立时间时加入，保证信号有足够的建立时间。所述的步骤S110、S120，是对循环体的循环变量进行操作，目的是让系统能采样完所有的生物电输入通道信号采样一次。图6是针对图2的一种具体实施例子。所述的J10，是生物电信号采集装置在一上电时，将模拟开关接入到指定的输入通道，并通过延时保证信号的建立时间。所述的J20，初始化循环变量i。生物电信号采集装置通常有8个输入通道，模数转换器单元每次只采样1个输入通道，使用循环体以简化程序。所述的J30，启动模数转换器对当前输入通道进行模数转换。延时，以保证模数转换器所需的最大转换时间得以满足。然后结束模数转换器转换，让转换后数据出现在数据端口，便于MCU单元读取。所述的J40，将模拟开关切换到下一个即将采样的输入通道。在S50前将模拟开关切换到下一个输入通道，是让差分放大电路单元能利用MCU读取模数转换器中数据的时间来对输入信号提前进行建立。延时，是在MCU读取模数转换器中数据的时间小于差分运放单元所需的最大建立时间时加入，保证信号有足够的建立时间。
所述的J50，是MCU单元读取模数转换器中转换后的数据。所述的J60和J70，是对循环体的循环变量进行操作，目的是让系统能对所有的生物电输入通道信号采样一次。本发明的技术效果是信号采集通道上使用全差分放大技术，避免了现有产品从差分信号转单端信号，再从单端信号转差分信号过程中使用单端信号进行过渡的环节；利用模拟开关相对仪放和运放的成本优势，根据系统参数合理利用模拟开关，减少了仪表放大器的使用数量；系统达到20Ksps的采样率可以无失真地直接检出起搏脉冲信号，避免了使用复杂的PACE展宽电路。降低了系统成本。直流放大电路架构，无时间常数电路，信号检测快，且基线稳定，信号动态输入范围大。器件少，可靠性高，有利于产品小型化。高速模数转换器的配合使用，使得系统采样率可以达到很高(lOKspslOKsps)。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种生物电信号采集装置，其特征在于，包括进行信号采集的多条采集通道90、输入保护/低通滤波电路10、缓冲器20、通道选择及差分放大单元30、模数转换电路60、处理器单元70，所述输入保护/低通滤波电路10对采集的信号进行能量限制以保护电路，再进行低通滤波，所述缓冲器20对采集的信号进行阻抗变换，通道选择及差分放大单元30选择当前需要转换的模拟通道及接下来需要采样的模拟通道并切换，对当前需要转换的模拟通道和即将转换的模拟通道信号进行差分放大和输出；所述模数转换电路60对信号进行模数转换然后输入到处理器单元70，所述处理器单元控制所述通道的选择与切换并接收所述模数转换电路60输出的信号。
2.根据权利要求1所述生物电信号采集装置，其特征在于，所述生物电信号采集装置还包括将人体设置在中心电位的右腿驱动电路90，所述右腿驱动电路90包括运放和电阻 R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，所述运放的负相输入端分别通过电阻R1、电阻R2、电阻R3连接输入端RA_BUF、输入端LA_BUF和输入端LL_BUF，所述运放的正相输入端连接人体的中心电位，所述运放的负相输入端通过电阻R4连接所述运放的输出端，所述运放的输出端通过限流电阻R5连接导联RL。
3.根据权利要求1所述生物电信号采集装置，其特征在于，所述输入保护/低通滤波电路10包括气体放电管、限流电阻、滤波电容、高频交流耦合电容、双二极管，所述气体放电管的两端分别连着导联输入和浮地；限流电阻一端与导联输入端相连，另一端与缓冲器20 的同相输入端相连；滤波电容的一端与所述输入缓冲电路20同相端相连，另一端与浮地相连；高频交流耦合电容一端与高频信号源的输出相连，另一端与缓冲器20同相端相连；双二极管的中心抽头端与缓冲器的同相输入端相连，另两端分别与正负电源相连。
4.根据权利要求1所述生物电信号采集装置，其特征在于，所述缓冲器20由一个低失调电压、低失调电流、低噪声的单运放构成，单运放同相端与输入保护电路/低通滤波器10 中的限流电阻相连，反相端接运放自身的输出端并与模拟开关30的输入通道相连。
5.根据权利要求1所述生物电信号采集装置，其特征在于，所述通道选择及差分放大单元30包括通道选择电路及差分放大电路32，所述通道选择电路包括模拟开关阵列31及切换电路33，所述模块开关阵列31连接所述缓冲器20及所述差分放大电路32，所述切换电路33连接所述差分放大电路32及所述模数转换电路60。
6.根据权利要求1所述生物电信号采集装置，其特征在于，所述通道选择及差分放大单元30包括通道选择电路及差分放大电路，所述通道选择电路包括模拟开关及电阻，所述模拟开关通过所述缓冲器20及输入保护/低通滤波电路10连接多路采集通道，所述电阻通过所述缓冲器20及输入保护/低通滤波电路10连接一种采集通道。
7.根据权利要求5或6所述生物电信号采集装置，其特征在于，所述差分放大电路40 由两个差分放大电路模块构成一片集成的高速双运放与三个电阻构成，所述差分放大电路 32的负相输入端IN —通过模拟开关30的输出端与右胳膊的导联RA连接的缓冲器20的输出连接，正相输入端IN+通过模拟开关30的输出端与除右胳膊的导联RA、右腿导联RL外的其它导联连接的缓冲器20的输出连接，差分放大电路32的输出与模拟开关33的输入端相连。
8.根据权利要求5所述生物电信号采集装置，其特征在于，所述模拟开关阵列30包括模拟开关Kl和模拟开关K2，所述模拟开关阵列30的差分输入的负相与右胳膊的导联RA连接的缓冲器20的输出连接的输出相连，正相与除右胳膊的导联RA外的其它导联连接的缓冲器20的输出连接；所述模拟开关阵列30的差分输出与所述差分放大电路32的两个同相输入端相连；所述处理器单元70包括输入输出端，所述模拟开关阵列30的控制信号线与处理器单元70的输入输出端相连。
9.根据权利要求1所述生物电信号采集装置，其特征在于，所述模数转换器60为差分输入的模数转换器，电压参考源的输出端接到所述模数转换器60的参考电压输入引脚 VREF上，所述模数转换器60的差分正相输入端通过模拟开关33连接到差分放大电路40的正相输出端；所述模数转换器60的差分负相输入端通过模拟开关33连接到差分放大电路 40的负相输出端，所述模数转换器60的输出端与处理器单元70相连。
10.一种生物电信号采集方法，包括如下步骤设置采集通道设置当前采集通道，将所述多条采集通道设置到病人相应位置； 能量限制及滤波对采集的信号进行能量限制以保护电路，再进行低通滤波； 阻抗变换对采集的信号进行阻抗变换；依次切换采集通道对多条采集通道进行选择，依次切换采集通道进行信号建立和采集；差分放大及模数转换对采集的信号进行差分放大及模数转换以转换成数字信号。
11.根据权利要求10所述的生物电信号采集方法，其特征在于，还包括延时步骤，即， 在读取模数转换后数据的时间小于信号进行差分放大所需的最大建立时间时进行延时。
全文摘要
本发明涉及一种生物电信号采集装置及方法，信号采集通道上使用全差分放大技术，避免了现有产品从差分信号转单端信号，再从单端信号转差分信号过程中使用单端信号进行过渡的环节；利用模拟开关相对仪放和运放的成本优势，根据系统参数合理利用模拟开关，减少了仪表放大器的使用数量；系统达到20Ksps的采样率可以无失真地直接检出起搏脉冲信号，避免了使用复杂的PACE展宽电路。降低了系统成本。直流放大电路架构，无时间常数电路，信号检测快，且基线稳定，信号动态输入范围大。器件少，可靠性高，有利于产品小型化。高速模数转换器的配合使用，使得系统采样率可以达到很高。
文档编号A61B5/04GK102488509SQ20111035924
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者何宗奎, 肖正文 申请人:深圳市理邦精密仪器股份有限公司