一种基于微分识别的便携式心电信号检测系统

本发明设计属于集成电路领域，用于设计一种基于微分识别的便携式心电信号检测系统

背景技术：

1、生物医疗电子作为集成电路产业的一个重要分支，近年来也迅速发展，在全民医疗时代占据着重要地位。在医院，有心电图仪等仪器用来采集和分析心电和脑电信号，但是对于大多数人而言，有限的医疗资源是定期进行检查的一大障碍，此外对于患有突发性疾病的病人来说，实时的、连续的监控才可以提供更多的信息和早期预警。然而，临床上的信号检测设备体积庞大，实现长期实时检测的条件比较苛刻。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于微分识别的便携式心电信号检测系统，具备体积小、低功耗、低噪声、中等输入阻抗、抑制电极直流失调、自适应抗干扰等优点。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于微分识别的便携式心电信号检测系统，包括afe模块，hb detector模块；其中afe模块包括仪表放大器、辅助单元和再处理单元，afe模块以仪表放大器为核心，对输入的心电信号进行低噪放大，辅助单元采用预充电技术及直流失调反馈技术来提高电路整体的抗干扰能力，再处理单元包含微分器和低通滤波器，对心电信号进行微分及滤波降噪操作；hb detector模块为包含共享状态机的对称环路，对称环路各自以比较器为核心，包括控制单元和自适应阈值电压生成器。

3、在一种优选方案中，仪表放大器的输入端与电极相连，在辅助单元的抗干扰协助下，仪表放大器的输出端与微分器的输入端相连，微分器的输出端与低通滤波器的输入端相连，低通滤波器的输出端与hb detector模块的比较器输入端相连，比较器输出端不仅连接共享状态机来输出hb信号，且后接控制单元和自适应阈值电压生成器，自适应阈值电压生成器输出反馈至比较器。

4、在一种优选方案中，afe模块将输入的心电信号进行低噪放大，微分器对放大之后的心电信号进行微分处理，生成hb双峰信号，随后低通滤波器滤除前级电路产生的噪声，得到保持了原心率信号特征的高幅值信号，该信号用于心率检测的有效性检测以及自适应阈值。

5、在一种优选方案中，仪表放大器采用了内外结合性降噪技术，仪表放大器内部采用跨导自举技术将二级电路结构的运算放大器的第一级输入端复制成双输入端，并采用源级退化技术在电流管的s端加入电阻，使运算放大器的整体噪声大幅度下降，仪表放大器外部再配合使用斩波技术，将输入的心电信号从低频调制高频，对应运算放大器中的高频噪声段，即对应运算放大器高频处更低的噪声幅值。

6、在一种优选方案中，hb detector模块采用共享状态机配合比较器，检测hb双峰信号，与单峰的运动伪影所区分，准确输出正确的hb信号。

7、本发明具备以下有益效果：

8、1、ia不仅采用内部降噪技术，及跨导自举及源级退化技术来降低电路自身的噪声，而且额外采用斩波技术，与现有技术相比，实现了内外双重降噪；

9、2、hb detector采用共享fsm配合比较器来实现hb双峰信号的识别及输出，采用自适应阈值电压生成技术来循环反馈基准电压实现运动伪影的抑制，实现了功能的同时，与现有技术相比，具有更低功耗的特点。

10、3、本发明通过可穿戴健康监护系统实时监测人体生理状况，体积小易于便携，可长期实时检测人体生理状况。

技术特征：

1.一种基于微分识别的便携式心电信号检测系统，其特征在于，包括afe模块，hbdetector模块；其中afe模块包括仪表放大器、辅助单元和再处理单元，afe模块以仪表放大器为核心，对输入的心电信号进行低噪放大，辅助单元采用预充电技术及直流失调反馈技术来提高电路整体的抗干扰能力，再处理单元包含微分器和低通滤波器，对心电信号进行微分及滤波降噪操作；hb detector模块为包含共享状态机的对称环路，对称环路各自以比较器为核心，包括控制单元和自适应阈值电压生成器。

2.根据权利要求1的一种基于微分识别的便携式心电信号检测系统，其特征在于，仪表放大器的输入端与电极相连，在辅助单元的抗干扰协助下，仪表放大器的输出端与微分器的输入端相连，微分器的输出端与低通滤波器的输入端相连，低通滤波器的输出端与hbdetector模块的比较器输入端相连，比较器输出端不仅连接共享状态机来输出hb信号，且后接控制单元和自适应阈值电压生成器，自适应阈值电压生成器输出反馈至比较器。

3.根据权利要求2的一种基于微分识别的便携式心电信号检测系统，其特征在于，afe模块将输入的心电信号进行低噪放大，微分器对放大之后的心电信号进行微分处理，生成hb双峰信号，随后低通滤波器滤除前级电路产生的噪声，得到保持了原心率信号特征的高幅值信号。

4.根据权利要求3的一种基于微分识别的便携式心电信号检测系统，其特征在于，仪表放大器采用了内外结合性降噪技术，仪表放大器内部采用跨导自举技术将二级电路结构的运算放大器的第一级输入端复制成双输入端，并采用源级退化技术在电流管的s端加入电阻，使运算放大器的整体噪声大幅度下降，仪表放大器外部再配合使用斩波技术，将输入的心电信号从低频调制高频，对应运算放大器中的高频噪声段。

5.根据权利要求3的一种基于微分识别的便携式心电信号检测系统，其特征在于，hbdetector模块采用共享状态机配合比较器，检测hb双峰信号，与单峰的运动伪影所区分，准确输出正确的hb信号。

技术总结
本发明公开了一种基于微分识别的便携式心电信号检测系统，包括AFE模块，HB Detector模块；其中AFE模块包括仪表放大器、辅助单元和再处理单元，AFE模块以仪表放大器为核心，对输入的心电信号进行低噪放大，辅助单元采用预充电技术及直流失调反馈技术来提高电路整体的抗干扰能力，再处理单元包含微分器和低通滤波器，对心电信号进行微分及滤波降噪操作；HB Detector模块为包含共享状态机的对称环路，对称环路各自以比较器为核心，包括控制单元和自适应阈值电压生成器。本发明基于降噪技术及自适应阈值生成技术，具备低功耗、低噪声、中等输入阻抗、抑制电极直流失调、自适应抗干扰等优点。

技术研发人员：曾衍瀚,李志贤,陈伟坚,鲍宇琛,陈泳森
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12