信号处理电路和方法与流程

1.本技术涉及电路设计领域，特别涉及一种用于采集和处理生理信号的电路、方法和系统。


背景技术：

2.随着人们对科学运动和生理健康的关注与日俱增，对可穿戴生理信号监测装备的需求也越来越多。通常而言，单一的生理信号监测装置只能在同一时间采集一个信号源的生理信号，而无法满足对多路信号源的采集，从而使得其监测结果的参考意义有限。另外，多路信号源的采集和处理又会造成电路模块体积庞大，且需要较高的硬件要求，需要较高的成本。
3.因此，本技术提供一种分时复用的信号处理电路和方法，可以在保证多路信号源采集和处理的情况下，节约空间成本，降低硬件要求。


技术实现要素：

4.本技术实施例之一提供一种信号处理电路。所述电路包括控制电路、开关电路、模拟电路以及至少两个信号采集电路。所述至少两个信号采集电路用于采集至少两路目标信号。所述开关电路用于控制所述至少两个信号采集电路与所述模拟电路的导通，使得在同一时间所述至少两个信号采集电路中仅有部分信号采集电路采集的目标信号传输至所述模拟电路。所述模拟电路用于对其接收的目标信号进行处理。所述控制电路用于接收经模拟电路处理后的目标信号，并对所述经过处理的目标信号进行采样。
5.在一些实施例中，所述开关电路包括多个输入通道，所述至少两个信号采集电路中每个信号采集电路单独连接一个输入通道，在同一时间，所述开关电路基于所述控制电路的控制信号选择一个输入通道导通。
6.在一些实施例中，所述至少两路目标信号中每路信号包括目标频率，所述控制电路对所述经过处理的每路目标信号的采样频率不小于所述目标频率的两倍。
7.在一些实施例中，所述控制电路基于采样结果重构每路目标信号。
8.在一些实施例中，所述控制电路基于对所有路目标信号的采样频率之和切换所述开关电路的开关。
9.在一些实施例中，所述控制电路基于预设频率切换所述开关电路的开关。
10.在一些实施例中，所述控制电路基于采样结果获取每路目标信号的强度信息。
11.在一些实施例中，所述模拟电路包括差分放大器，所述开关电路为双路输出的开关芯片。
12.在一些实施例中，所述模拟电路还包括滤波电路。
13.在一些实施例中，所述控制电路对经过处理的每路目标信号的采样发生在所述控制电路开始接收所述经过处理的每路目标信号的一段时间之后。
14.本技术实施例之一提供一种信号处理方法。所述方法包括通过至少两个信号采集
电路采集至少两路目标信号；通过开关电路控制所述至少两个信号采集电路与模拟电路的导通，使得在同一时间所述至少两个信号采集电路中仅有部分信号采集电路采集的目标信号传输至所述模拟电路；通过所述模拟电路对其接收的目标信号进行处理；以及通过控制电路接收经模拟电路处理后的目标信号，并对所述经过处理的目标信号进行采样。
15.在一些实施例中，所述开关电路包括多个输入通道，所述至少两个信号采集电路中的每个信号采集电路单独连接一个输入通道，在同一时间，所述开关电路基于所述控制电路的控制信号选择一个输入通道导通。
16.在一些实施例中，所述至少两路目标信号中每路信号包括目标频率，所述控制电路对经过处理的每路目标信号的采样频率不小于所述目标频率的两倍。
17.在一些实施例中，所述方法包括基于采样结果，通过所述控制电路重构每路目标信号。
18.在一些实施例中，所述方法包括基于所有路目标信号的采样频率之和，通过所述控制电路切换所述开关电路的开关。
19.在一些实施例中，所述控制电路基于预设频率切换所述开关电路的开关。
20.在一些实施例中，所述方法包括基于采样结果，通过所述控制电路获取每路目标信号的强度信息。
21.在一些实施例中，所述模拟电路包括差分放大器，所述开关电路为双路输出的开关芯片，所述方法包括通过所述差分放大器对所述接收的目标信号进行放大处理。
22.在一些实施例中，所述模拟电路还包括滤波电路，所述方法包括通过所述滤波电路对所述接收的目标信号进行滤波处理。
23.在一些实施例中，所述控制电路对经过处理的每路目标信号的采样发生在所述控制电路开始接收所述经过处理的每路目标信号的一段时间之后。
24.本技术实施例之一提供一种信号处理装置，包括处理器，所述处理器用于执行如上所述的信号处理方法。
25.本技术实施例之一提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行如上所述的信号处理方法。
附图说明
26.本技术将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
27.图1是根据本技术的一些实施例所示的信号处理电路的示意图；
28.图2是根据本技术的一些实施例所示的信号处理电路的示意图；
29.图3是根据本技术的一些实施例所示的信号处理方法的示例性流程图；
30.图4a-4b是根据本技术的一些实施例所示的基线漂移问题的示例性图像；
31.图5a-5c是根据本技术的一些实施例所示的程控参考电位的示例性电路图；以及
32.图6a-6b是根据本技术的一些实施例所示的通道串扰问题的示例性图像。
具体实施方式
33.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
34.应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
35.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
36.本技术中使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
37.本技术实施例中描述的信号处理电路和方法可以应用于需要采集多路信号源的信号监测装置，特别是生理信号的监测装置，例如智能穿戴设备。在一些实施例中，所述智能穿戴设备(例如，服装、护腕、肩带等)可以设置在人体各个部位(例如，小腿、大腿、腰、后背、胸部、肩部、颈部等)，用于采集用户在不同状态时其身体各个部位的生理信号，后续还可以进一步对采集的信号进行处理。在一些实施例中，所述生理信号为可以被检测的能够体现身体状态的信号，例如，可以包括呼吸信号、心电信号(ecg)、肌电信号、血压信号、温度信号等多种信号。在一些实施例中，所述生理信号的频率范围可以包括0.05hz～2khz，其中，所述心电信号的频率范围可以包括0.05hz～100hz，所述肌电信号的范围可以包括5hz～2khz。
38.图1是根据本技术的一些实施例所示的信号处理电路100的示意图。
39.如图1所示，信号处理电路100可以实现对多路生理信号的采集和处理。具体来说，信号处理电路100为不同信号源分别配置有对应的信号采集电路和模拟电路。例如，信号采集电路111可以包括一个或多个与用户身体接触的电极，通过电极可以采集用户身体表面的肌电信号。信号采集电路111采集的肌电信号可以传递给模拟电路131进行适当的处理(例如，降噪、放大等)，处理后的肌电信号会传递给控制电路(mcu)140进行信号分析。这种情况下，控制电路140需要具有对应于多路信号源的模数转换通道(即adc通道)。在一些实施例中，模拟电路可能包括到差分放大器，多级放大电路，滤波电路等元件。由于每种元件的成本并不便宜，在信号处理电路100中设置多个模拟电路，就会使得电路结构过于繁杂且体积庞大，并且产生较高的成本，另外，由于模拟电路通道过多且体积庞大，也会造成电路布局受限，从而引起通道串扰等问题。对控制电路140而言，需要对其管脚有较高的要求，但实际控制芯片的adc通道数量却十分有限。例如，以型号为stm32l476的控制芯片为例，其adc通道只有16个可用。
40.图2是根据本技术的一些实施例所示的信号处理电路200的示意图。
41.图2所示的信号处理电路200也可以实现对多路生理信号的采集和处理。相比于信号处理电路100，信号处理电路200通过采用分时复用的方法，在保证多路信号源采集和处理的情况下，可以达到节约空间成本，降低硬件要求的目的。具体地，信号处理电路200包括至少两个信号采集电路(例如，信号采集电路211、212、213和214)、开关电路220、模拟电路230以及控制电路240。开关电路220设置在多路信号采集电路和模拟电路230之间，其可以用来控制每路信号采集电路和模拟电路230的导通状态。例如，在某一时间点，开关电路220可以导通一路信号采集电路和模拟电路230。在一定时间范围内，开关电路220可以以周期性的方式循环导通各路信号采集电路和模拟电路230。当开关电路220导通某路信号采集电路和模拟电路230时，该路信号电路所采集的信号(例如，肌电信号)就可以传递给模拟电路230进行处理(例如，降噪、放大等)，且处理后的信号会传递给控制电路240进行信号分析。可以理解的是，通过在多路信号采集电路与模拟电路230之间设置开关电路220，可以实现同一个模拟电路在不同时间点分别对不同信号采集电路的信号进行处理，这样可以有效降低使用多个模拟电路的复杂性和成本，同时也减少了后续模拟电路和控制电路之间的信号传递的通道数量。需要知道的是，图2中所示出的开关电路220和模拟电路230仅作为说明的目的，在实际的使用中，多路信号采集电路和控制电路240之间也可以采用不止一个开关电路或模拟电路，这些开关电路或模拟电路仍然可以实现类似上述描述的过程。
42.在一些实施例中，所述至少两个信号采集电路用于采集至少两路目标信号。所述目标信号可以是能够体现用户身体状态的生理信号，例如，呼吸信号、心电信号(ecg)、肌电信号、血压信号、温度信号等中的一种或多种信号。仅作为示例，不同的信号采集电路可以分别包括一个或多个与用户身体接触的电极，通过电极可以采集用户身体表面的肌电信号。不同的信号采集电路可以布置在用户身体的不同位置，用于采集同种或不同种用户的生理信号。例如，分别布置在用户大腿不同侧的信号采集电路可以都用来采集大腿处的肌电信号。再例如，布置在用户小臂处的信号采集电路可以用来采集小臂处的肌电信号，而布置在用户心脏部位的信号采集电路可以用来采集用户的心电信号。需要知道的是，在一定的场景下，信号处理电路200或与其类似的电路可以用来采集并处理上述同种或不同种生理信号，本技术对此不作限制。在一些实施例中，所述至少两个信号采集电路可以仅包括两个信号采集电路，也可以包括三个信号采集电路、四个信号采集电路或者更多个信号采集电路。在一些实施例中，所述生理信号的频率范围可以包括0.05hz～2khz，其中，所述心电信号的频率反馈可以包括0.05hz～100hz，所述肌电信号的范围可以包括5hz～2khz。
43.控制电路240会对模拟电路230处理后的信号进行采样。在一些实施例中，控制电路240的采样频率与信号采集电路的数量、对开关电路的控制策略和目标频率有关。例如，控制电路240对每路信号的采样频率不低于其目标频率的2倍。仅仅作为示例，对于肌电信号而言，假设其对应的目标频率在1000hz以内，控制电路则可以采用2000hz的采样频率对该肌电信号进行采样。对于整个信号处理电路而言，假定有4个采集肌电信号的信号采集电路，则需要控制电路240提供8000hz的总采样频率，这样才能保证对每路肌电信号的采样率达到2000hz。再例如，如本技术中其它地方提到的，控制电路240可以采用完全重构型策略和强度表征策略来控制开关电路220的切换。在完全重构型策略中，所述采样频率与信号采集电路的数量、单个通道的上升沿和下降沿时间有关，其中单个通道的上升沿和下降沿时
间与模拟电路的放大倍数及电路元件的压摆率相关联。
44.在一些实施例中，所述开关电路220用于控制所述至少两个信号采集电路与所述模拟电路230的导通，使得在同一时间所述至少两个信号采集电路中仅有部分信号采集电路采集的目标信号传输至所述模拟电路230。所述开关电路220的输入端与所述至少两个信号采集电路相连接，所述开关电路220的输出端与所述模拟电路230相连接。在一些实施例中，所述开关电路220包括多个输入通道，所述至少两个信号采集电路中每个信号采集电路单独连接一个输入通道，在同一时间，所述开关电路220基于所述控制电路240的控制信号选择一个输入通道导通。
45.在一些实施例中，开关电路220可以选用具有多通道及双路输出的开关芯片，例如，型号为tmux1209的开关芯片。仅作为示例，所述开关电路220可以通过3个控制引脚实现4通道的分时复用，其中1个引脚en被标记为使能作用，另外两个引脚a1和a0被标记为选择通道。所述开关电路220的四个输入通道分别用于连接信号采集电路以采集目标信号，所述开关电路220的输出口连接模拟电路230。在一些实施例中，可以通过控制引脚(en，a1，a0)的数值来控制开关芯片的选通。例如，当输入(1，0，0)时，表示选通通道a，当输入(1，0，1)时，表示选通通道b，当输入(1，1，0)时，表示选通通道c，当输入(1，1，1)时，表示选通通道d。仅仅作为示例，当控制电路240选通开关电路220的通道a后，通道a对应的目标信号会被连通至模拟电路230，并最终被控制电路240采样。当本次采样成功后，控制电路240会给出新的控制指令，例如可以给出指令(1，0，1)用于选通通道b，则通道b的目标信号会被连接至模拟电路230并最终被控制电路240采样，以此类推。也就是说，控制电路240可以控制开关电路220在多个信号采集电路之间循环切换，从而达到分时复用的作用，即可以通过一路模拟电路230分时处理多路信号源，从而节约空间成本，降低硬件要求。
46.在不同的情况下，控制电路240可以基于不同的策略控制开关电路220的切换。
47.例如，为了使得后续采样数据能够完整保留每路目标信号的信息(即，控制电路240可以基于采样数据重构每路目标信号)，控制电路240可以采用完全重构型策略来控制开关电路220的切换。在完全重构型策略下，控制电路240可以根据其提供的总采样频率来切换开关电路220的输入通道。例如，开关电路220切换输入通道的频率可以等于控制电路240提供的采样频率。这种情况下，开关电路220每切换一次输入通道，即每导通一个信号采集电路，控制电路240就会对该信号采集电路采集的目标信号进行一次采样。而且，由于控制电路240对每路目标信号的采样频率在目标频率的2倍以上，完全重构型策略可以保证每路目标信号在每个周期内都具有至少两个采样点。更多关于完全重现型控制策略的内容可以参见图3的详细描述。
48.再例如，考虑到控制电路240可能无法在开关通道快速切换的过程中获取有效的采样数据(由于下文中提到的开关通道的切换会导致控制电路240所接收到的信号存在一定的上升沿以及下降沿)，控制电路240可以采用强度表征型策略来控制开关电路220的切换。在强度表征型策略下，控制电路240可以基于预设频率来切换开关电路220的输入通道。所述预设频率可以和用户实施某个动作的周期有关。例如，为了对用户做力量训练时肌肉产生的肌电信号进行分析，所述预设频率可以是用户实施特定动作(例如，卧推)的频率的一定倍数，使得在用户实施该特定动作的一个周期内，开关电路220可以多次导通每一个信号采集电路，从而控制电路240可以分别对每一路目标信号进行多次采样。在强度表征型策
略下，控制电路240可以基于采样结果获取每路目标信号的强度信息。更多关于强度表征型策略的内容可以参见图3的详细描述。
49.所述模拟电路230用于对其接收的目标信号进行处理。在一些实施例中，由于信号采集电路直接采集到的原始目标信号的幅值非常小，并且有大量的噪声，因此需要使用模拟电路230对该原始目标信号进行滤波、差分放大、放大、负反馈消噪等处理。在一些实施例中，所述模拟电路230可以包括差分放大器，用于对其接收的目标信号进行抑制共模信号和放大处理。在一些实施例中，所述模拟电路230可以包括多级放大电路，用于对其接收的目标信号进行放大处理。在一些实施例中，所述模拟电路230可以包括滤波电路，用于对其接收的目标信号进行滤波处理。在一些实施例中，所述模拟电路230可以包括右腿驱动电路，用于对其接收的目标信号中的共模信号进行提取，反向放大后反馈回信号源，主要可以抑制信号源中的工频。在一些实施例中，所述模拟电路230可以同时包括差分放大器、多级放大器、滤波电路和右腿驱动电路，或仅包括其中一种或几种。
50.如上所述，所述控制电路240用于接收经模拟电路处理后的目标信号，并对所述经过处理的目标信号进行采样。在一些实施例中，所述控制电路240包括多个adc通道，每个adc通道都可以用于将接收的经模拟电路230处理后的目标信号转换为数字信号进行读取和处理。在一些实施例中，所述控制电路240还可以连接显示装置，以对读取的数字信号进行显示，从而直观的体现生理信号的情况。在一些实施例中，基于所述采样，控制电路240可以对目标信号进行读取，存储，处理分析等，可选地，所述控制电路240还可以根据采样的数据发出相应的指令。
51.在一些实施例中，所述控制电路240对经过处理的每路目标信号的采样发生在所述控制电路240开始接收所述经过处理的每路目标信号的一段时间之后。也就是说，在开关电路220切换导通通道后，控制电路240不会立即对新导通的目标信号进行采样，或者即使控制电路240对新导通的目标信号进行了采样，也不会立即将采样的结果作为目标信号的组成部分。当使用分时复用方式采集多路信号源的目标信号时，开关通道的切换会导致控制电路240所接收到的信号存在一定的上升沿以及下降沿。上升沿对应输入端信号变化引起输出端信号上升直到达到稳定状态所需要的时间。下降沿对应输入端从一个信号变化引起输出端的信号下降直到达到稳定所需要的时间。所述上升沿和下降沿会受到多个因素的共同影响，包含开关电路的响应稳定速度，电路中芯片的压摆，电路中电容等器件的充放电等。因此，为了保证控制电路240读取到的目标信号真实有效，对目标信号的采样会在信号稳定之后再进行，即在开关电路220切换导通通道后，控制电路240在上升沿时间中不对信号进行采样。若是不等待足够的时间就开始采样，那么控制电路240最终读到的数值将会是一个中间的过渡值。可以理解的是，如果上升沿时间固定，那么即使等待时间不足，但最终得到的过渡值相对于真实值比例一致，也可以用于后续的处理和分析。然而，当上升沿时间与电压变化大小有关时，如果未稳定就读数，控制电路240每次读取的值与真实值的比例不固定，无法用于后续的处理。另外可以理解的是，如果考虑清楚过渡值和稳定值之间的关系，或者可以接受过渡值和稳定值之间的误差，那么即使等待时间不足，也可以用于后续的处理和分析。综上所述，应该考虑目标信号的强度和电路的增益，以此获得最大的上升沿时间，作为控制电路240等待时间的参考。具体来说，可以设定不小于最大的上升沿时间的参考时间，所述控制电路240对每路目标信号的采样发生在所述控制电路240开始接收所述目
标信号的参考时间之后，或者控制电路240对目标信号的采样发生在每次开关电路切换导通通道的参考时间之后。
52.图3是根据本技术的一些实施例所示的信号处理方法的示例性流程图。在一些实施例中，流程300可以由信号处理电路200实现。
53.步骤310，通过至少两个信号采集电路采集至少两路目标信号。在一些实施例中，步骤310可以由信号处理电路200中的至少两个信号采集电路(例如，信号采集电路211、212、213和214)实现。
54.在一些实施例中，所述至少两个信号采集电路用于采集至少两路目标信号。所述目标信号可以是能够体现用户身体状态的生理信号，例如，呼吸信号、心电信号(ecg)、肌电信号、血压信号、温度信号等中的一种或多种信号。仅作为示例，不同的信号采集电路可以分别包括一个或多个与用户身体接触的电极，通过电极可以采集用户身体表面的肌电信号。不同的信号采集电路可以布置在用户身体的不同位置，用于采集同种或不同种用户的生理信号。例如，分别布置在用户大腿不同侧的信号采集电路可以都用来采集大腿处的肌电信号。再例如，布置在用户小臂处的信号采集电路可以用来采集小臂处的肌电信号，而布置在用户心脏部位的喜好采集电路可以用来采集用户的心电信号。需要知道的是，在一定的场景下，信号处理电路200或与其类似的电路可以用来采集并处理上述同种或不同种生理信号，本技术对此不作限制。在一些实施例中，所述至少两个信号采集电路可以仅包括两个信号采集电路，也可以包括三个信号采集电路、四个信号采集电路或者更多个信号采集电路。在一些实施例中，所述生理信号的频率范围可以包括0.05hz～2khz，其中，所述心电信号的频率反馈可以包括0.05hz～100hz，所述肌电信号的范围可以包括5hz～2khz。
55.步骤320，通过开关电路控制所述至少两个信号采集电路与模拟电路的导通，使得在同一时间所述至少两个信号采集电路中仅有部分信号采集电路采集的目标信号传输至所述模拟电路。在一些实施例中，步骤320可以由信号处理电路200中的开关电路220实现。
56.在一些实施例中，开关电路220的输入端与所述至少两个信号采集电路相连接，所述开关电路220的输出端与所述模拟电路230相连接。在一些实施例中，所述开关电路220包括多个输入通道，所述至少两个信号采集电路中每个信号采集电路单独连接一个输入通道，在同一时间，所述开关电路220基于所述控制电路240的控制信号选择一个输入通道导通。
57.在一些实施例中，开关电路可以基于控制电路的控制指令实施信号采集电路与模拟电路的导通。以上文中所描述的4通道的分时复用为例，当控制电路240选通开关电路220的通道a后，通道a对应的目标信号会被连通至模拟电路230，并最终被控制电路240采样。当本次采样成功后，控制电路240会给出新的控制指令，例如可以给出指令用于选通通道b，则通道b的目标信号会被连接至模拟电路230并最终被控制电路采样，以此类推。也就是说，控制电路240可以控制开关电路220在多个信号采集电路之间循环切换，从而达到分时复用的作用，即可以通过一路模拟电路230分时处理多路信号源，从而节约空间成本，降低硬件要求。
58.步骤330，通过所述模拟电路对其接收的目标信号进行处理。在一些实施例中，步骤320可以由信号处理电路200中的模拟电路230实现。
59.在一些实施例中，由于信号采集电路直接采集到的原始目标信号的幅值非常小，
并且有大量的噪声，因此需要使用模拟电路230对该原始目标信号进行滤波、差分放大、放大、负反馈消噪等处理。在一些实施例中，所述模拟电路230可以包括差分放大器，用于对其接收的目标信号进行抑制共模信号和放大处理。在一些实施例中，所述模拟电路230可以包括多级放大电路，用于对其接收的目标信号进行放大处理。在一些实施例中，所述模拟电路230可以包括滤波电路，用于对其接收的目标信号进行滤波处理。在一些实施例中，所述模拟电路230可以包括右腿驱动电路，用于对其接收的目标信号中的共模信号进行提取，反向放大后反馈回信号源，主要可以抑制信号源中的工频。在一些实施例中，所述模拟电路230可以同时包括差分放大器、多级放大器、滤波电路和右腿驱动电路，或仅包括其中一种或几种。
60.在一些实施例中，考虑到可能存在基线漂移的情况，可以通过降低模拟电路对目标信号的增益(即降低模拟电路中的放大倍数)，和/或选用具有高精度adc通道的控制芯片，和/或选择利用电阻来调整参考电位从而解决基线漂移的问题，和/或选择在模拟电路230中增加高通滤波的方法滤除基线漂移。更多关于如何解决基线漂移问题的情况可以参见图4a-4b即图5a-5c的详细描述。
61.步骤340，通过控制电路接收经模拟电路处理后的目标信号，并对所述经过处理的目标信号进行采样。在一些实施例中，步骤320可以由信号处理电路200中的控制电路240实现。
62.在一些实施例中，所述控制电路240包括多个adc通道，每个adc通道都可以用于将接收的经模拟电路230处理后的目标信号转换为数字信号进行读取和处理。在一些实施例中，所述控制电路240还可以连接显示装置，以对读取的数字信号进行显示，从而直观的体现生理信号的情况。在一些实施例中，基于所述采样，控制电路240可以对目标信号进行读取，存储，处理分析等，可选的，所述控制电路240还可以根据采样的数据发出相应的指令。
63.在一些实施例中，所述控制电路240对经过处理的每路目标信号的采样发生在所述控制电路240开始接收所述经过处理的每路目标信号的一段时间之后。也就是说，在开关电路220切换导通通道后，控制电路240不会立即对新导通的目标信号进行采样，或者即使控制电路240对新导通的目标信号进行了采样，也不会立即将采样的结果作为目标信号的组成部分。
64.在一些实施例中，控制电路240的采样频率与信号采集电路的数量、目标信号的类型和目标频率有关。例如，控制电路240对每路信号的采样频率不低于其目标频率的2倍。仅仅作为示例，对于肌电信号而言，假设其对应的目标频率在1000hz以内，控制电路则可以采用2000hz的采用频率对该肌电信号进行采样。对于整个信号处理电路而言，假定有4个采集肌电信号的采集电路，则需要控制电路240提供8000hz的总采样频率，这样才能保证对每路肌电信号的采样率达到2000hz。
65.在不同的情况下，控制电路240可以基于不同的策略控制开关电路220的切换。
66.在一些实施例中，为了使得后续采样数据能够完整保留每路目标信号的信息(即，控制电路240可以基于采样数据重构每路目标信号)，控制电路240可以采用完全重构型策略来控制开关电路220的切换。在完全重构型策略下，控制电路240可以根据其提供的总采样频率来切换开关电路220的输入通道。例如，开关电路220切换输入通道的频率可以等于控制电路240提供的采样频率。这种情况下，开关电路220每切换一次输入通道，即每导通一
个信号采集电路，控制电路240就会对该信号采集电路采集的目标信号进行一次采样。而且，由于控制电路240对每路目标信号的采样频率在目标频率的2倍以上，完全重构型策略可以保证每路目标信号在每个周期内都具有至少两个采样点。
67.继续以上述四个采集肌电信号的信号采集电路为例，假设每路肌电信号的目标频率为都在1khz以内，控制电路为每路肌电信号提供2khz的采样频率。对控制电路而言，总共提供8khz的采样频率。开关电路同样以8khz的频率在4个信号采集电路之间切换，其在每125微秒切换一次，开关电路的每两次相邻切换之间，控制电路对接收到的肌电信号进行一次采样。
68.进一步地，在完全重构策略下，控制电路可以基于获得的采样数据完全复现对应的多路目标信号。例如，控制电路可以重构每路目标信号，并进一步分析每路目标信号中的频率、相位、强度(幅值)等信息。可选地，控制电路可以将获得的采样数据或者重构的目标信号通过有线或无线的方式发送给外部处理电路进行分析。
69.在一些实施例中，开关电路220切换输入通道的频率还可以等于控制电路240提供的采样频率的一半或其它分数值。这种情况下，开关电路220每切换一次输入通道，即每导通一个信号采集电路，控制电路240可以对该信号采集电路采集的目标信号进行两次采样。继续以上述四个采集肌电信号的信号采集电路为例，假设每路肌电信号的目标频率为都在1khz以内，控制电路为每路肌电信号提供2khz的采样频率。对控制电路而言，总共提供8khz的采样频率。开关电路仅需要以4khz的频率在4个信号采集电路之间切换，其在每250微秒内切换一次，开关电路的每两次相邻切换之间，控制电路对接收到的肌电信号进行两次采样。这种方式采集的目标信号相对于开关电路每两次相邻切换之间仅进行一次采样的情况而言，由于每路信号的采样时间点不够均匀，基于采样数据重构的每路目标信号可能存在一定的偏差。
70.需要知道的是，在上述完全重构型策略下，控制电路采用分时复用方式所能处理的通道数量会受到目标信号的上升沿和下降沿的时间的影响。仅作为示例，若目标信号的频率为500hz，控制电路要为单通道提供大于1khz的采样频率，此时，实现4通道的分时复用时开关的切换速度需要达到4khz，开关电路在单个通道的停留时间只有250微秒，而实现8通道的分时复用时开关的切换速度需要达到8khz，开关电路在单个通道的停留时间只有125微秒。考虑到上升沿与下降沿的影响，开关电路在每个通道的停留时间不能太小。例如，若上升沿和下降沿均为50微秒，那这种情况下，最多可以实现16通道的分时复用。因此，通常会综合考虑上升沿下降沿时间，通道数量和目标信号频率范围等，从而选择合适的通道数量以及对应的通道切换时间。
71.在另一些实施例中，考虑到控制电路240可能无法在开关通道快速切换的过程中获取有效的采样数据(即，上述信号的上升沿和下降沿导致开关电路在单个通道的停留时间过长，控制电路无法在目标信号的周期内采集至少两次有效数据点)，控制电路240可以采用强度表征型策略来控制开关电路220的切换。在强度表征型策略下，控制电路240可以基于预设频率来切换开关电路220的输入通道。所述预设频率可以和用户实施某个动作的周期有关。例如，为了对用户做力量训练时肌肉产生的肌电信号进行分析，所述预设频率可以是用户实施特定动作(例如，卧推)的频率的一定倍数，使得在用户实施该特定动作的一个周期内，开关电路220可以多次导通每一个信号采集电路，从而控制电路240可以分别对
每一路目标信号进行多次采样。
72.继续以四个采集肌电信号的信号采集电路为例，假设用户以1秒1次的速度执行某个动作，若保证一个动作下控制电路对每路目标信号采样10次，则开关电路的切换速度为每秒40次，每切换到一个信号采集电路，控制电路先等待信号稳定，再进行连续采样，直到该路信号的25ms时间结束。在这种情况下，所述开关电路的切换速度与控制电路的总采样频率无关。控制电路可以用较高的总采样频率，达到采集目标信号中高频信号的效果。
73.进一步地，在强度表征策略下，控制电路可以基于获得的采样数据获取目标信号的强度信息。例如，在强度表征策略下，控制电路在一段时间内对单个信号采集电路产生的目标信号进行连续地采样。控制电路可以基于这些连续采样的数据计算出这段时间该信号采集电路采集的目标信号的强度，例如，计算这些连续采样的数据的平均值等。当然，控制电路也可以基于所有与该信号采集电路对应的采样数据计算出目标信号的强度。再进一步地，当控制电路计算出同一个信号采集电路在不连续的多个时间段所分别对应的目标信号的强度，控制电路可以基于这些信号强度以及其对应的时间，生成目标的信号强度和时间的变化关系，以此提取出该目标信号的特定频率信息。
74.在一些实施例中，所述强度表征型策略可以在采集强度信息的同时采集部分频率信息。在该策略下，由于没有完整采集所有时间段的信号，会丢失部分信号信息，因此会损失部分频率信息。仅作为示例，以40hz的总频率控制开关电路进行切换，在4个信号采集电路的情况下，每个输入通道的采集时间长度为25ms，此时，对于信号频率小于40hz的低频信号的采集会有一定损失。但是，如果将每一段采集到的信号(即单次切换通道后多次采样的信号)处理为一个代表值(例如，从每25ms采集的信号中提取一个平均值)，单通道的1s时间内有10个代表值，则可以利用完全重构型策略的处理方式，重构5hz频率以下的信号。
75.在一些实施例中，强度表征策略下分时复用的能力与用户动作的频率以及对用户动作的监测精度要求有关，由于单通道采集持续时间较长，其受到上升沿和下降沿的影响较弱。在一些实施例在，此种策略下目标信号频率过低会导致分时复用的路数有限制，因此与目标信号的频率也有关。由于需要对目标信号的频率和强度信息进行提取，对低频信号，例如40hz以下频率的信号，难以进行采集在这种情况下可以降低分时复用的路数，即降低信号采集电路的路数。
76.在一些实施例中，控制电路240可以根据实际情况调整具体的开关控制策略。例如，控制电路240可以在完全重构型策略和强度表征型策略之间进行切换。对于完全重构型策略和强度表征型策略之间的选择或切换可以根据对电路的延迟时间(例如，上升沿时间和下降沿时间)和电路的信噪比需求进行判断。例如，当电路的延迟时间较长且无法改变目标信号频率和信号采集电路的数量、模拟电路的放大倍数时，控制电路240可以选择强度表征型策略。再例如，当模拟电路中加入合适的滤波电路以提高信噪比时，考虑到滤波电路会造成延迟时间变长，控制电路240可以选择强度表征型策略。反之，当电路的延迟时间较短或对信噪比的需求不高时，控制电路240可以选择完全重构型策略。在一些实施例中，控制电路240可以根据环境因素或者用户指示来调整开关控制策略。例如，假设不同的开关控制策略对应不同的电量消耗速度，控制电路240可以根据电源(例如，电池)的电量状况实施对开关控制策略进行调整，当电源电量较低时，选择电量消耗速度较低的开关控制策略。再例如，控制电路240可以根据用户的输入指令来调整开关控制策略，以满足用户的不同需求。
77.应当注意的是，上述有关流程300的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本技术的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本技术的指导下可以对流程300进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本技术的范围之内。
78.图4a-4b是根据本技术的一些实施例所示的基线漂移问题的示例性图像。
79.在一些实施例中，由于人体表面的角质层电势等因素，控制电路240采样的信号可能存在基线漂移的情况。对于基线漂移的问题，在一些实施例中，可以通过降低模拟电路230对目标信号的增益，和/或选用具有高精度adc通道的控制芯片，和/或选择利用电阻来调整参考电位从而解决基线漂移的情况，和/或选择在模拟电路230中增加高通滤波的方法滤除基线漂移。
80.在一些实施例中，由于基线漂移存在极限值，可以使用较小的增益控制基线漂移不超过信号处理电路的输出能力，从而不发生失真的情况。例如，当目标信号传输至模拟电路时，模拟电路会对该目标信号进行放大处理，为解决基线漂移的问题，可以适当降低模拟电路对目标信号的放大倍数，使得放大后的信号不发生失真。
81.在一些实施例中，若目标信号的放大倍数(增益)降低，则可能引发其他问题，例如，对模拟电路输出后的噪音控制要求高。增益虽然不能帮助改善模拟电路输出信号的信噪比，但是如果模拟电路之后的部分引入了噪音，那么大增益可以改善整个电路的信噪比，所以在小增益下，要求严格控制噪音。由于生理信号一般较为微弱，在这种小增益的情况下就可能需要选择使用具有高精度adc的控制电路，以获得足够的分辨率，避免在模拟电路之后进入较多噪音。
82.仅作为示例，若肌电信号强度为0.1mv，对于3.3v供电的12位adc的情况，分辨率只有0.8mv，那么这个肌电信号即使增益10倍，得到的结果也失真严重，但是如果使用16位adc，就分辨率可以达到0.05mv，则即使增益10倍，也能得到较好的信号还原。在一些实施例中，可以选用60倍增益，3.3v供电，16位adc方案。
83.在一些实施例中，在干电极采集肌电情况下，对斜方肌、胸大肌、肱二头肌处的肌电信号使用分时复用电路采集效果如图4a所示，图中为使用小增益高精度方法采集到的信号的原始形貌，可以看出图像中的三路采样的信号存在明显的基线漂移问题。该小增益高精度方法采用了60倍增益，3.3v供电，12位adc方案。从图中可以看出得益于较小的增益，基线漂移没有超过信号处理电路的输出能力范围，没有发生饱和失真现象。如图4b所示为采用了60hz～500hz的算法带通滤波处理后的图像，从图中可以看出，在小增益高精度的方案下，由于基线漂移的情况控制在一定范围之内，经过滤波处理后的图像已经不存在基线漂移的问题。
84.在一些实施例中，还可以通过在信号处理电路中添加高通滤波电路来解决基线漂移的问题。在一些实施例中，所述高通滤波电路可以添加在所述模拟电路中，并且可以选择设置在主增益之前，避免饱和现象发生。这种情况下，可以同时实现大增益，零漂移的效果。但是，若模拟电路中添加了高通滤波电路，则可能会带来上升沿下降沿时间变长等问题，因此，需要调节选取合适参数，达到兼容分时复用功能的目的。
85.在一些实施例中，可以选择目标频率相对较低的情况来添加高通滤波电路，因为目标频率相对较低时，每个通道进行采样时可以停留的时间相对较长。例如，可以选择目标频率在250hz内的肌电信号，那么在完全重构型策略下，单通道采样频率要求只需要500hz，
4通道分时复用的采样频率也只需要2000hz，那么单通道等待时间可以延长到500微秒。作为比较，在完全重构型策略下，若肌电信号的目标频率在1000hz，则单通道采样频率要求2000hz，4通道分时复用的采样频率要求8000hz，那么单通道等待时间为125微秒，如果上升沿河下降沿的时间大于125微秒(可能还存在开关的延迟，各个芯片的压摆和稳定时间等)，这样可能无法获得准确的采样信号，此时也可以适当减少模拟电路中的滤波电路进行优化。
86.图5a-5c是根据本技术的一些实施例所示的程控参考电位的示例性电路图。
87.在一些实施例中，所述基线漂移的变化可能较为缓慢，在一定时间内还可能呈现固定漂移的现象，通过对电路的参考电位进行设计，可以在一定程度上程控基线从而解决基线漂移的问题。在一些实施例中，当基线漂移使得信号接近饱和电压上限的过程，可以程控控制参考电位降低，反之，当基线漂移使得信号接近电压下限的过程，可以程控控制参考点位升高。所述参考电位为电路中的虚拟地，用于将电路提升一定电位，从而保证获得的信号值都是正值，以便于控制电路读取接收的信号。
88.如图5a所示的电路图中，利用电阻r1和r2进行分压后，由放大器隔绝输入输出来避免输出端的影响，最终可以在输出端输出vcc2＝vcc*r2/(r1+r2)的电压值。从图中可知，通过调整r1，r2的值是可以改变vcc2的值。若将vcc2作为电路的参考电位，然后通过电脑程序控制r1、r2的值，那么就可以实现程控参考电位。在一些实施例中，可以是将r1替换成一个开关控制的电阻网络r，通过不同的开关选通实现不同阻值的电阻接入电路，从而实现r的阻值变化。同样也可以调控r2或者同时调整r1和r2。
89.如图5b所示的电路图中，图中放大器的负输入连接的是vcc2，常规情况下放大器的负输入会选择连接地，即vcc2＝0v。为进行程控基线，可以选择初始化vcc2的值为一定值，例如，供电电压的二分之一，则可以抬升整个电路电位，使得电路的输出始终大于等于0v，不需要电路被正负电压供电，增加对电池供电的处理。在这样的情况下，既满足adc读取信号需求，也方便电池给电路供电(电池是正电压)。如果参考电位vcc2＝0v，那么就需要电路被正负电压供电，增加对电池供电的处理，在输出还要做抬升电压的处理来满足adc读取的要求。
90.如图5c所示为程控基线示意图，包括处理器、基准电压控制电路和放大电路。其中，所述基准电压控制电路用于改变参考电位的基准电压，所述处理器用于根据输出结果控制所述基准电压控制电路改变基准电压值，以达到调整参考电位目的。在一些实施例中，处理器可以对放大电路的输出进行实时监控调节，并设定一定的阈值(例如，可以设定两个阈值，第一阈值为上限，第二阈值为下限，以控制输出电压在一定范围之内)，当检测到的输出电压超过一定阈值时，处理器可以控制基准电压控制电路改变参考点位的基准电压。
91.仅作为示例，当放大电路的输出能力在0～3v的情况时候，所述第一阈值可以设定为90％的最大值(2.7v)，所述第二阈值可以设定为10％的最大值(0.3v)。当处理器检测到放大电路的电压输出超过2.7v时，则触发调节，控制所述基准电压控制电路使参考电位降低一定值(例如，所述参考电位降低的值可以是检测到的输出电压值与初始参考电位之间的差值，再例如，所述参考电位降低的值可以是某个固定值)。同理的，当处理器检测到放大电路的电压输出低于0.3v时，则同样触发调节，控制所述基准电压控制电路使参考电位提升一定值(例如，所述参考电位提升的值可以是检测到的输出电压值与初始参考电位之间
的差值，再例如，所述参考电位提升的值可以是某个固定值。需要注意的是，降低后的参考电位不能小于0v，如果小于0v，则参考电位最多只能下降到0v，提升后的参考电位不能大于3v，如果大于3v，则参考电位最多只能提升到3v，也就是说，改变后的参考电压值不能超出放大电路输出电压值的范围。还需要注意的是，为了能在最终结果中通过滤波处理滤除基线程控的影响(例如，若基线程控的频率小于每秒10次，而肌电信号的频率选取的是20hz以上，则可以通过20hz高通算法滤波去除基线程控的影响)，对参考电位的调节的频率不应该过高。在一些实施例中，程控调节的速度与目标信号基线漂移的速度，处理器设定的阈值，触发调节后参考电位的调节值有关。
92.综上所述，可以通过改变参考点电位来改变信号的基准电平，同时通过程序控制参考电位，就可以在一定程度上程控基线从而解决基线漂移的问题。
93.在一些实施例中，图5a-5c所述的程控参考电位的方法也适用于正负电源供电，参考电位初始化是0v的情况。
94.图6a-6b是根据本技术的一些实施例所示的通道串扰问题的示例性示意图。
95.在一些实施例中，分时复用会受到整个电路的下降沿时间的影响。下降沿代表电压从某个值下降到另一个值且稳定所需要的时间。在开关切换前后，如果没有等待足够的时间让前一个通道的电压充分释放，就会造成通道之间的串扰，切换后的通道留存部分切换前通道的部分信息。
96.在一些实施中，采用分时复用电路的信号处理方法并在通道稳定之后进行采样可以在一定程度上减小各个输入通道之间的串扰。在多通道同时传输信号的情况下，各个输入通道同时有信号，如果各个通道的信号很大，而各个通道的输入线相互交叠且绝缘性不够好，那么会出现各个通道的串扰。但是分时复用方案，在同一个时刻只导通一个通道，其他通道处于关闭状态没有电流，可有效避免上述多通道电路的串扰问题。
97.在一些实施例中，如图6a和6b所示，图中虚线代表经过处理后的输入电路的原始信号，实线代表原始信号经过本技术中电路后而形成的带有延时的信号。其中，横坐标代表时间，纵坐标代表电压值。虚线的纵坐标不是实际意义上的电压值，只是用于作为实线的时间参考。在一些实施例中，使用函数发生器作为信号源发出方波，函数发生器的两路输出选择相同模式，(这样保证两者相位一致)，函数发生器一路信号接入电路输入端，电路的输出连接入示波器，示波器读取电路的输出端的数据绘制在上图中(实线)，函数发生器的另一路直接连入示波器并读取数据，该数据可以表明电路输入信号的相位，该数据经过处理(经过对其强度值变化变得可以与实线相比拟便于直观观察)后绘制在上图中(虚线)。所述处理是指选择一个阈值点(信号发生跳变的前后值的平均值)，对于大于这个阈值和小于这个阈值的点分别赋值，例如小于所述阈值的点可以赋值a，对大于所述阈值的点可以赋值b。综上所述，从图中可以看出实际上跳变电压值是影响延时的关键因素。
98.本技术实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)通过采用分时复用的方法，在保证多路信号源采集和处理的情况下，可以达到节约空间成本，降低硬件要求的目的；(2)当多个输入通道同时具有信号时，可以减小各个输入通道之间的串扰；(3)完全重构型策略可以基于获得的采样数据完全复现对应的多路目标信号；(4)在强度表征型策略下可以基于获得的采样数据获取目标信号的强度信息和部分频率信息；(5)通过小增益高精度adc、程控基线及添加高通滤波电路的方法解决可能出现的基线漂移的问题。
99.上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本技术的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本技术进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本技术中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本技术示范实施例的精神和范围。
100.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
101.此外，本领域技术人员可以理解，本技术的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本技术的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本技术的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
102.计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、rf、或类似介质，或任何上述介质的组合。
103.此外，除非权利要求中明确说明，本技术所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本技术流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本技术实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的处理设备或移动设备上安装所描述的系统。
104.同理，应当注意的是，为了简化本技术披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本技术实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本技术对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
105.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本技术一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实
施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
106.针对本技术引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本技术作为参考。与本技术内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本技术权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本技术中的)也除外。需要说明的是，如果本技术附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本技术所述内容有不一致或冲突的地方，以本技术的描述、定义和/或术语的使用为准。
107.最后，应当理解的是，本技术中所述实施例仅用以说明本技术实施例的原则。其他的变形也可能属于本技术的范围。因此，作为示例而非限制，本技术实施例的替代配置可视为与本技术的教导一致。相应地，本技术的实施例不仅限于本技术明确介绍和描述的实施例。