一种用于光电容积描记信号的光电流处理模拟前端电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种用于光电容积描记信号的光电流处理模拟前端电路。
【背景技术】
[0002]随着生物医学工程技术的发展，光电容积描记技术俨然已成为实现人体无创生理参数检测的重要技术之一。光电容积描记信号即光电容积脉搏波信号，是一种通过光电容积描记法获得的容积脉搏波信号。心脏收缩射血，血液经过动脉系统进入人体外周血管中的微动脉、毛细血管和微静脉等微血管，该部分微血管的血液容积最大，光电传感器内接收到的光强度是最弱的，相对应的光电流会最小。当心脏舒张停止射血，血液经过静脉系统返回心脏时，微血管的血液容积最小，光电传感器内接收到的光强度将达到最强，相对应的光电流会最大。光电容积脉搏波的直流分量，主要对应动脉血的非脉动部分、静脉血以及肌肉组织等部分的光吸收，反映了心搏出量的大小，是血管阻力、血管弹性等血流参数的量度；同时，直流分量还可以用于计算其他的人体参数(如血氧饱和度)。交流分量反映了动脉血的光吸收，主要与动脉的血容量有关，同步于人体心脏的搏动，是人体微循环的重要生理信息。基于光电容积脉搏波的采集和处理，以实现人体生理参数无创检测有着重要的应用价值，可以实现血氧饱和度、无袖带血压、心输出量以及心率等。光电容积描记信号，包含直流分量和交流分量，不同的采集部位(如指端、耳垂、前额等)或者采集对象，其直流分量通常是不一样的。光电容积描记信号直流分量的差异性，对模拟前端处理电路的性能，有着重要影响。
[0003]常见的光电容积描记信号的单片集成电路，如附图1所示，该处理电路主要由三部分组成，第一部分、光电传感器；第二部分、跨阻放大器，由运算放大器AlO和电阻RfO组成；第三部分、反馈网络电路，由误差放大器A20、补偿电容Ce和MOS管MlO组成。这种常见的光电容积描记信号处理电路，利用具有极低截止频率特性的负反馈网络电路，将跨阻放大器输出端的直流分量直接反馈到光电传感器的输入端，光电传感器所产生的光电流直流分量在MOS管MlO的漏极取得，交流分量经过跨阻放大器转换成电压信号。模拟前端处理电路的高通截止频率越低，则交、直流分量分离得的效果越好，为了优化电路的交流分量、直流分量分离，其反馈网络电路中误差放大器A20通常使用了电容值很大的补偿电容Ce或采用分离电容器件来实现，以实现很低的截止频率。假设ωρ2是误差放大器A20的主极点、Adc2是误差放大器Α20的低频直流增益，G皿为MOS管MlO的跨导，R {是跨阻放大器的直流增益，则模拟前端处理电路的高通截止频率为《HP=RfADe2cop2Gm。高通截止频率ωΗΡ越低，交、直流分量分离的效果就越好。为了实现极低的截止频率的ωΗΡ，使模拟前端处理电路的主极点ωρ2尽可能的降低，常常需要电容值很大的补偿电容。然而，电容值大的电容元件，会造成光电容积描记信号模拟前端处理电路的芯片面积明显增大，既无法满足高集成度的要求，也会增加芯片的成本。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种用于光电容积描记信号的光电流处理模拟前端电路，利用小电容值的积分电容实现超大时间常数和极低截止频率。
[0005]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种用于光电容积描记信号的光电流处理模拟前端电路，包括光电传感器、跨阻放大器电路、跨导电路和积分电路；
[0007]所述光电传感器的一端接地，所述光电传感器的另一端分别连接跨阻放大器电路的一端、跨导电路的一端，所述跨阻放大器电路的另一端连接所述积分电路的一端，所述跨导电路的另一端连接所述积分电路的另一端；
[0008]所述积分电路，包括积分电阻Rl、MOS管Ml、MOS管M2、积分电容C和运算放大器A2 ；
[0009]所述积分电阻Rl的一端连接所述积分电路的输入端，所述积分电阻Rl的另一端分别连接MOS管Ml的漏极、MOS管M2的漏极，MOS管Ml的栅极连接电压控制Vbi端，MOS管M2的栅极连接电压控制Vb2端，MOS管M2的源极连接参考电压源V ,ef端，MOS管Ml的源极分别连接积分电容C的一端、运算放大器A2的负输入端，运算放大器A2的正输入端连接参考电压源端，积分电容C的另一端和运算放大器A2的输出端均连接所述积分电路的输出端。
[0010]其中，所述积分电容C的电容值为l-10pF。
[0011]其中，所述光电传感器为光电二极管，所述跨阻放大器电路包括运算放大器Al、跨阻电阻Rf、补偿电容Cf:
[0012]所述运算放大器Al的正输入端连接参考电压源Vref端，所述运算放大器Al的负输入端分别连接跨阻电阻Rf的一端、补偿电容Cf的一端、光电二极管的负极、跨导电路的一端，所述运算放大器Al的输出端分别连接跨阻电阻Rf的另一端、补偿电容Cf的另一端、所述积分电路的输入端。
[0013]其中，所述运算放大器Al的输出端还连接交流分量电压信号采样端。
[0014]其中，所述跨导电路包括MOS管Metrt，所述MOS管Metal的漏极连接所述光电传感器的另一端，所述MOS管栅极连接所述积分电路的输出端。
[0015]其中，应用于上述的用于光电容积描记信号的光电流处理模拟前端电路的控制方法，包括:
[0016]控制电压控制Vbi端的电压输入值和电压控制V B2端的电压输入值，使流过MOS管Ml的电流值Idi和流过MOS管M2的电流值ID2的比值α远小于1，以便补偿直流分量信号的差异性对所述光电容积描记信号的模拟前端处理电路的高通截止频率的影响。
[0017]本发明的有益效果在于:一种用于光电容积描记信号的光电流处理模拟前端电路，包括光电传感器、跨阻放大器电路、跨导电路和积分电路；所述积分电路，包括积分电阻Rl、MOS管Ml、MOS管M2、积分电容C和运算放大器Α2 ;该用于光电容积描记信号的光电流处理模拟前端电路，利用小电容值的积分电容实现超大时间常数和极低的高通截止频率，有效地实现光电容积描记信号的交流分量、直流分量的分离。
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是常见的光电容积描记信号的单片集成电路。
[0020]图2是本发明提供的积分电路的电路连接图。
[0021]图3是本发明提供的用于光电容积描记信号的光电流处理模拟前端电路的方框图。
[0022]图4是本发明提供的用于光电容积描记信号的光电流处理模拟前端电路的电路图。
[0023]图5是本发明提供的用于光电容积描记信号的光电流处理模拟前端电路的光电流交流分量、直流分量分离的仿真结果图。
[0024]图6是本发明提供的用于