多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪的制作方法

1.本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪。


背景技术：

2.人体生理信号种类繁多，主要包括有脉搏、呼吸、血压、体温、血氧饱和度、心电、脑电、肌电、胃电等等，人体不同的生理信号，能反映相应部位的身体变化，通过现代科学技术，利用有创或无创的方法获得各类信号，加以分析、综合和研究，服务于临床，可作为临床诊断的重要依据。心电信号(electrocardiogram，ecg)、脉搏波信号(pulse wave)能反映人体心脏器官和血液循环系统的生理变化；头皮脑电图(electroencephalogram，eeg)、皮层脑电图(electrocorticogram，ecog)和神经电图(electroneurographic，eng)是几种比较成熟的测量大脑神经电活动的技术；功能性近红外光谱(nirs)可测量脑区活动时局部脑组织氧饱和度和血容量的变化，结合脑电图分析，从时空两种维度上，提供多种不同的脑电活动和血流动力学信号。
3.随着传感器和物联网技术的发展，采用便携式、可穿戴和网络化的医疗设备进行疾病的早期监测、诊断和治疗的需求在不断增长，而在此类移动健康监测系统应用中，这些设备通常在比较不利的采集环境状态下工作，测量结果受运动伪影和非理想条件的影响，这使得在动态情况下进行可靠且持续的测量成为挑战。多模生理信号采集不仅可以多个生理指标的监测，还通过组合多个信号模态的记录，显著改善上述这一问题，例如，心率不仅可以通过ecg进行测量，还可通过生物阻抗和光电容积脉搏波测量，通过这种方式，所测量参数的鲁棒性及可靠性可以大大提升。并且多模生理信号采集集成，更有利于相关生理信号数据的算法分析，使系统功能更多样性，例如在无袖带血压测量中，脉搏波传导时间是一个关键相关因素，而通过同时采集光电容积脉搏波(ppg)和心电是测量脉搏波传导时间的一个好方法，这就要求电子设备能够以精确同步的方式测量两个信号。因此实现多模生理信号采集具有重要的意义。
4.常见的多模生理信号采集系统采用多个传感器芯片，如图1所示，人体血压、体温、血氧等信号分别经各自的传感器及隔离放大器把它们变成与之成比例的电模拟量，送至多路模拟开关，再经采样保持电路送入模数转换器获得数字化的信号，然后送入微型计算机；微型计算机再将这些数据送入数模转换接口中，进行分析和处理，求出所需要的心电等数据；再对输出的数字量用数模转换器将这些转换成模拟的参数或波形，经屏幕显示。为实现移动健康监测，最新的多模生理信号采集的单片集成系统，如图2所示，该芯片主要由两通道电测法读出通路和一条阻抗式读出通路组成。由电测法读出通路处理来自柔性电极的生物电信号或led光电二极管产生的光电流；阻抗读出通路监测身体阻抗或电子皮肤装置的电阻，该电阻可由压力(压阻)、温度(热电阻)等物理刺激改变。这些读出通道的模拟量按顺序通过12位saradc进行数字转换，通过串行外围设备接口(serial peripheral interface，spi)与微处理通信。
5.然而，现有的多功能生理信号单片集成系统，仅实现单一生理电信号采集、单一光电容积脉搏波的采集，仅可用于生命体征，如心电、血氧、血压等生命体征监测设备的使用或适用于脑电、功能性近红外光谱采集的脑功能监测仪的使用，功能较为单一。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.基于上述问题，本公开提供了一种多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪，以缓解现有技术中基于芯片的装置仅能实现单一生理电信号采集、单一光电容积脉搏波的采集，功能较为单一等技术问题。
8.(二)技术方案
9.本公开的一个方面，提供一种多模生理信号传感器接口芯片，包括：
10.生物电信号采集前端，能够采集多种生物电信号；
11.led驱动电路，用于产生驱动不同的led发出不同波长的光信号的驱动电流或用于电刺激的微电流；以及
12.光电流处理模拟前端，外接光学传感器，用于根据所述不同波长的光信号的变化处理为电信号。
13.在本公开实施例中，所述生物电信号采集前端与采集电极相连，包括：
14.前置仪表运算放大器，用于实现采集电极上微弱生物电信号的低噪采集放大；
15.可调增益运算放大器，用于配合增益带宽调节模块实现生物电信号的主放大和增益调节，以满足不同幅度生物电信号的采集；以及
16.数字接口电路，用来通过外部选择信号来控制增益带宽。
17.在本公开实施例中，所述生物电信号采集前端还包括：
18.缓冲器，用于信号隔离；
19.多路选择器，用于多通道信号的选择输出；以及
20.偏置电路模块，用于各模块工作状态的确定。
21.在本公开实施例中，所述可调增益运算放大器还提供与模数转换器的接口驱动能力，电路增益40
‑
80db可调，以满足不同幅度生物医学信号的采集需要。
22.在本公开实施例中，所述的多模生理信号传感器接口芯片，其低频截止频率0.5
‑
200hz可调，高频截止频率300hz
‑
10khz可调，通过高低频独立可调方式，实现更加丰富的系统频带选择。
23.在本公开实施例中，所述光电流处理模拟前端，包括：
24.光电二极管，用于根据所述不同波长的光信号作用皮肤后因光强变化生成光电流；
25.跨阻放大器，用于将光电流转换为电压信号；
26.环境光消除环路，用于消除环境光的影响；
27.dc抑制电路，用于光电流中直流成分的拾取，以提高系统的动态范围；
28.放大滤波模块，用于将所述电压信号进行放大并滤波；以及
29.数模转换器，用于将放大并滤波后的电压信号转换为数字信号并输出。
30.在本公开实施例中，所述光电流处理模拟前端也可以为多功能积分放大器架构，
包括：
31.光电二极管，用于根据所述不同波长的光信号作用皮肤后因光强变化生成光电流；
32.多功能积分放大器单元，用于将光电流转换为电压信号，同时形成低通滤波器以减小噪声折叠效应，同时起到采样\保持功能，在时域内实现具有高度线性度的直接光数转换；
33.环境光消除环路，用于消除环境光的影响；以及
34.dc抑制电路，用于光电流中直流成分的拾取，以提高系统的动态范围。
35.在本公开实施例中，所述led驱动电路包括：
36.控制模块，用于输出可调周期、占空比的脉冲电流；
37.led切换开关，用于改变接入的led，实现同一驱动电路，分时驱动不同的led；以及
38.负载控制模块，用于通过调整电路负载，实现数字可调电流源的输出范围；
39.当应用于光电容积脉搏波采集时，驱动电流范围为3ma
‑
100ma，当应用于近红外光谱检测时，输出驱动电流范围为30μa
‑
1ma。
40.本公开的另一方面，提供一种基于上述任一项所述的多模生理信号传感器接口芯片的手环式生命体征检测仪，包括：
41.8通道全差分输入单元，连接生物电信号采集模拟前端；
42.led单元，与led驱动电路相连，包括两个不同波长的led；
43.光学传感器单元，与光学传感器接口电路相连，用于将不同波长的led发出的照射皮肤后的光信号转换为光电流；
44.电极单元，包括第一生理电检测电极、第二生理电检测电极和地电极，其中第一生理电检测电极和地电极设置于直接接触皮肤的手环带内侧，第二生理电检测电极设置于手环带外侧表面；以及
45.心电电极扩展接口，设置于手环带侧面，连接心电导联线，实现八通道信号同步采集。
46.本公开的又一方面，提供一种基于上述一项所述的多模生理信号传感器接口芯片的头箍式脑状态监测仪，包括：
47.第一脑电极部，设置有地电极和4通道脑电极柄；以及
48.第二脑电极部，设置有参考电极、4通道脑电极柄、以及近红外光谱传感单元；
49.所述近红外光谱传感单元包括双波长led及光电倍增管；
50.所述脑状态监测仪设置为近红外光谱采集模式，通过硬件接口配置，将生物电信号采集模拟前端配置为8通道共用参考端输入，增益根据后端模数转换器需求，在40
‑
80db调节，频带设置为0.5
‑
300hz。
51.(三)有益效果
52.从上述技术方案可以看出，本公开多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
53.(1)集成了生物电信号及光学信号采集模拟前端，降低了系统体积、功耗，更适用于移动健康设备的使用；
54.(2)可通过配置，最多可实现十二导联心电记录或八通道脑电、肌电记录，和光电
容积脉搏波记录或近红外光谱记录，通过选择不同的记录模式，应用于不同的系统设计，如记录心电、脉搏波的生命体征监测仪器；或记录脑电、近红外光谱的脑功能监测仪；
55.(3)集成度更高。
附图说明
56.图1为现有技术中医用监护仪结构和原理示意图。
57.图2为现有技术中多功能读出芯片的架构示意图。
58.图3为本公开实施例的多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪的组成架构示意图。
59.图4为本公开实施例的多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪的组成和应用原理示意图。
60.图5为本公开实施例的生物电信号采集模拟前端集成电路系统架构示意图。
61.图6为本公开实施例的光电流处理模拟前端集成电路系统架构示意图。
62.图7为本公开实施例的光电流处理模拟前端另一种集成电路系统架构示意图。
63.图8为本公开实施例的led驱动电路的集成电路系统架构示意图。
64.图9为本公开实施例基于多模生理信号传感器接口芯片的手环式生命体征检测仪的结构示意图。
65.图10为本公开实施例基于多模生理信号传感器接口芯片的头箍式脑状态监测仪的结构示意图。
66.【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
[0067]1‑
第一生理电检测电极；2
‑
第二生理电检测电极；3、8
‑
地电极；
[0068]4‑
光电二极管；5
‑
led；6
‑
心电电极扩展接口；7：参考电极；
[0069]9‑
通道；10
‑
电极触点；11
‑
光电倍增管。
具体实施方式
[0070]
本公开提供了一种多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪，基于集成电路设计，提出了一种用于兼容多种生物电信号(eeg、ecg、emg等)采集及兼容光电容积脉搏波和功能性近红外光谱检测的多模生理信号采集模拟前端。主要包括增益带宽可调的生理电信号(exg)采集模拟前端，带有led驱动器ppg(photoplethysmograph，利用光电容积描记)/nirs(near infraredspectrum instrument，红外光近红外光谱仪)光学传感器接口电路。配合片外adc(analogtodigital converter，模数转换器)及微处理器实现数据转换、模式设置，最后通过蓝牙模块将数据传输至上位机。
[0071]
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0072]
在本公开实施例中，提供一种多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪，结合图3至图8所示，所述接口芯片，包括：
[0073]
生物电信号采集前端，能够采集多种生物电信号；
[0074]
led驱动电路，用于产生驱动电流驱动不同的led发出不同波长的光信号；以及
[0075]
光电流处理模拟前端，外接光学传感器接口电路，用于根据所述不同波长的光信
号的变化处理为电信号，完成对应的光电流检测。或者根据外接的微电流式传感器所输入的电流进行信号处理，完成对微电流式传感器的检测。
[0076]
所述生物电信号采集前端能够调节增益带宽。
[0077]
针对不同种类生物医学信号的采集，本公开拟采用八通道的生物电信号采集模拟前端，其集成电路系统架构如图5所示，所述生物电信号采集前端与采集电极相连，包括：
[0078]
前置仪表运算放大器(pre
‑
amp)，用于实现采集电极上微弱生物电信号的低噪采集放大；
[0079]
可调增益运算放大器(gpa)，用于配合增益带宽调节模块实现生物电信号的主放大和增益调节，以满足不同幅度生物电信号的采集；以及
[0080]
数字接口电路，用来通过外部选择信号来控制增益带宽；
[0081]
所述生物电信号采集前端还包括：
[0082]
缓冲器(x1)，用于信号隔离；
[0083]
多路选择器(mux)，用于多通道信号的选择输出；
[0084]
偏置电路模块，用于各模块工作状态的确定。
[0085]
所述增益调节范围为40db
‑
80db；
[0086]
所述前置放大器为低噪声、低失调的，可采用连续时间共模反馈(cmfb)技术来实现低噪声、低失调与低功耗性能，采用阻抗提升等技术提高系统输入阻抗；
[0087]
所述可调增益运算放大器还提供与模数转换器(adc)的接口驱动能力，电路增益40
‑
80db可调，以满足不同幅度生物医学信号的采集需要；
[0088]
所述数字接口电路用来实现通过外部选择信号来控制芯片系统的增益带宽；
[0089]
本公开实施例中，所述多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪低频截止频率0.5
‑
200hz可调，高频截止频率300hz
‑
10khz可调，通过高低频独立可调方式，实现更加丰富的系统频带选择；
[0090]
在本公开实施例中，能够通过设置开关切换来实现放大器为全差分输入或共用参考端输入模式的配置，以满足不同生物电信号采集需求，例如八通道全差分生理电信号采集放大器的实现，采用10个电极，后续通过算法处理，实现十二导联心电信号记录，共用参考端，9个电极，实现八通道脑电等生理电信号的采集。
[0091]
在本公开实施例中，如图6所示，所述光电流处理模拟前端，包括：
[0092]
光电二极管4，用于根据所述不同波长的光信号作用皮肤后因光强变化生成光电流；
[0093]
跨阻放大器，用于将光电流转换为电压信号；
[0094]
环境光消除环路，用于消除环境光的影响；
[0095]
dc抑制电路，用于所采集的光电流中直流成分的拾取，以提高系统的动态范围；
[0096]
放大滤波模块，用于将所述电压信号进行放大并滤波；
[0097]
数模转换器，用于将放大并滤波后的电压信号转换为数字信号并输出。
[0098]
在本公开实施例中，如图6所示，采用跨阻放大器(tia，trans
‑
impedance amplifier)将电流转换为电压，经过放大滤波，再由数模转换器(adc)转换成数字量输出。
[0099]
在本公开实施例中，如图7所示，所述光电流处理模拟前端也可以为多功能积分放大器架构，包括：
[0100]
光电二极管4，用于根据所述不同波长的光信号作用皮肤后因光强变化生成光电流；
[0101]
多功能积分放大器单元，用于将光电流转换为电压信号，同时形成低通滤波器以减小噪声折叠效应，同时起到采样\保持功能，在时域内实现具有高度线性度的直接光数转换；
[0102]
环境光消除环路，用于消除环境光的影响；
[0103]
dc抑制电路，用于所采集的光电流中直流成分的拾取，以提高系统的动态范围；
[0104]
如图6和7所示，通过利用数模转换控制直流抑制环路电流的输出，抵消大部分的直流电流，利用电容的电荷积累特性，通过环境光消除环路，消除环境光，防止放大器饱和，提升系统的动态范围。
[0105]
在本公开实施例中，为了节省芯片功耗，led5采用频率一定的固定的脉冲驱动，为光电容积脉搏波和近红外光谱两种信号的兼容采集，需不同范围的电流驱动led5，电路框图如图8所示，所述led驱动电路包括：
[0106]
周期、占空比控制模块，用于输出可调周期、占空比的脉冲电流；
[0107]
led切换开关，用于改变接入的led，实现同一驱动电路，分时驱动不同的led5；
[0108]
负载控制模块，用于通过调整电路负载，实现数字可调电流源的输出范围；
[0109]
在本公开实施例中，当应用于光电容积脉搏波采集时，驱动电流范围为3ma
‑
100ma，当应用于近红外光谱检测时，输出驱动电流范围为30μa
‑
1ma。
[0110]
在本公开实施例中，还公开一种基于上述多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪的手环式生命体征检测仪，如图9所示，所述手环式生命体征检测仪，包括：
[0111]
8通道全差分输入单元，连接生物电信号采集模拟前端；
[0112]
led单元，与led驱动电路相连，包括两个不同波长的led5；
[0113]
光学传感器单元，与光学传感器接口电路相连，用于将不同波长的led5发出的照射皮肤后的光信号转换为光电流；
[0114]
电极单元，包括第一生理电检测电极1、第二生理电检测电极2和地电极3，其中第一生理电检测电极1和地电极3设置于直接接触皮肤的手环带内侧，第二生理电检测电极2设置于手环带外侧表面；
[0115]
心电电极扩展接口6，设置于手环带侧面，连接心电导联线，实现八通道信号同步采集；
[0116]
在本公开实施例中，上述多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪可通过接口配置，组成一款手环式生命体征监测仪。通过硬件接口配置，将生物电信号采集模拟前端配置为8通道全差分输入，增益根据后端模数转换器需求，在40
‑
80db调节，频带设置为0.5
‑
300hz；将光学传感器接口电路设计为光电容积脉搏波采集模式。实例1提出常见的手环式生命体征监测仪，如图9所示。通过所设计的芯片驱动手环背部两个双波长led5，并读取光电二极管4因光强而产生的光电流，手环上还设计了三个电极口，两个电极(生理电检测电极和地电极)在内侧直接接触手臂皮肤，另一个在外侧表面，当需要检测心电信号时，将另一手臂的手指放置其上即可检测i导联心电，为适应更复杂的监测需求，该手环侧面还配有心电电极扩展接口6，通过该接口，连接心电导联线，实现八通道信号同步采集，后
端再通过算法处理，即可实现十二导联心电信号采集。配合片外的微处理器和蓝牙芯片，将采集的数据发送远端，实现数据的实时采集、传输、处理、显示；后续通过相关的算法分析，可实现心电显示、分析，血压、血氧、呼吸等生理参数的采集。
[0117]
在本公开实施例中，还公开一种基于上述多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪的头箍式脑状态监测仪，如图10所示，所述脑状态监测仪，包括：
[0118]
第一脑电极部，设置有地电极8和4通道脑电极柄；以及
[0119]
第二脑电极部，设置有参考电极7、4通道脑电极柄、以及近红外光谱传感单元；
[0120]
所述近红外光谱传感单元包括双波长led5及光电倍增管11。
[0121]
上述脑状态监测仪，通过硬件接口配置，将生物电信号采集模拟前端配置为八通道9共用参考端输入，增益根据后端模数转换器需求，在40
‑
80db调节，频带设置为0.5
‑
300hz；
[0122]
将光学传感器接口电路设计为近红外光谱采集模式。
[0123]
如图10所示的头箍式脑状态监测仪，能够将两侧可固定在太阳穴左右，一侧为第一脑电极部，设置有地电极8并伸出四通道9的脑电电极柄；另一侧为第二脑电极部，设置有参考端电极，并伸出四通道9脑电电极柄和包含了双波长led及光电倍增管(sipm)11的近红外光谱传感单元，每个通道末端都设置有电极触电10。提出的电极柄皆为可调方向、长度设计，以适应不同位置的检测需求。通过所设计的芯片采集相关传感器信号，配合片外的微处理器和蓝牙芯片，将采集的数据发送远端，实现数据的实时采集、传输、处理、显示；后续通过相关的算法分析，可实现脑电显示、分析；脑氧等生理参数提取，实现脑状态的实时监测。
[0124]
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
[0125]
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪有了清楚的认识。
[0126]
综上所述，本公开提供了一种多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪，多模生理信号传感器接口芯片及检测仪、脑状态监测仪，可通过接口硬件配置，最多可实现十二导联心电记录或八通道脑电、肌电记录，和光电容积脉搏波记录或近红外光谱记录。通过选择不同的记录模式，应用于不同的系统模式，如记录心电、脉搏波的生命体征监测仪器；或记录脑电、近红外光谱的脑功能监测仪，由此可提供多种更为集成的生理信号采集方案。采用生物电信号及光学信号采集模拟前端的集成化芯片设计，降低了系统体积、功耗，更适用于移动健康设备的使用。
[0127]
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
[0128]
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
[0129]
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
[0130]
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
[0131]
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
[0132]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
[0133]
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

技术特征：
1.一种多模生理信号传感器接口芯片，包括：生物电信号采集前端，能够采集多种生物电信号；led驱动电路，用于产生驱动不同的led发出不同波长的光信号的驱动电流或用于电刺激的微电流；以及光电流处理模拟前端，外接光学传感器，用于根据所述不同波长的光信号的变化处理为电信号。2.根据权利要求1所述的多模生理信号传感器接口芯片，所述生物电信号采集前端与采集电极相连，包括：前置仪表运算放大器，用于实现采集电极上微弱生物电信号的低噪采集放大；可调增益运算放大器，用于配合增益带宽调节模块实现生物电信号的主放大和增益调节，以满足不同幅度生物电信号的采集；以及数字接口电路，用来通过外部选择信号来控制增益带宽。3.根据权利要求2所述的多模生理信号传感器接口芯片，所述生物电信号采集前端还包括：缓冲器，用于信号隔离；多路选择器，用于多通道信号的选择输出；以及偏置电路模块，用于各模块工作状态的确定。4.根据权利要求3所述的多模生理信号传感器接口芯片，所述可调增益运算放大器还提供与模数转换器的接口驱动能力，电路增益40
‑
80db可调，以满足不同幅度生物医学信号的采集需要。5.根据权利要求1所述的多模生理信号传感器接口芯片，其低频截止频率0.5
‑
200hz可调，高频截止频率300hz
‑
10khz可调，通过高低频独立可调方式，实现更加丰富的系统频带选择。6.根据权利要求1所述的多模生理信号传感器接口芯片，所述光电流处理模拟前端，包括：光电二极管，用于根据所述不同波长的光信号作用皮肤后因光强变化生成光电流；跨阻放大器，用于将光电流转换为电压信号；环境光消除环路，用于消除环境光的影响；dc抑制电路，用于光电流中直流成分的拾取，以提高系统的动态范围；放大滤波模块，用于将所述电压信号进行放大并滤波；以及数模转换器，用于将放大并滤波后的电压信号转换为数字信号并输出。7.根据权利要求1所述的多模生理信号传感器接口芯片，所述光电流处理模拟前端也可以为多功能积分放大器架构，包括：光电二极管，用于根据所述不同波长的光信号作用皮肤后因光强变化生成光电流；多功能积分放大器单元，用于将光电流转换为电压信号，同时形成低通滤波器以减小噪声折叠效应，同时起到采样\保持功能，在时域内实现具有高度线性度的直接光数转换；环境光消除环路，用于消除环境光的影响；以及dc抑制电路，用于光电流中直流成分的拾取，以提高系统的动态范围。8.根据权利要求1所述的多模生理信号传感器接口芯片，所述led驱动电路包括：
控制模块，用于输出可调周期、占空比的脉冲电流；led切换开关，用于改变接入的led，实现同一驱动电路，分时驱动不同的led；以及负载控制模块，用于通过调整电路负载，实现数字可调电流源的输出范围；当应用于光电容积脉搏波采集时，驱动电流范围为3ma
‑
100ma，当应用于近红外光谱检测时，输出驱动电流范围为30μa
‑
1ma。9.一种基于上述权利要求1至8任一项所述的多模生理信号传感器接口芯片的手环式生命体征检测仪，包括：8通道全差分输入单元，连接生物电信号采集模拟前端；led单元，与led驱动电路相连，包括两个不同波长的led；光学传感器单元，与光学传感器接口电路相连，用于将不同波长的led发出的照射皮肤后的光信号转换为光电流；电极单元，包括第一生理电检测电极、第二生理电检测电极和地电极，其中第一生理电检测电极和地电极设置于直接接触皮肤的手环带内侧，第二生理电检测电极设置于手环带外侧表面；以及心电电极扩展接口，设置于手环带侧面，连接心电导联线，实现八通道信号同步采集。10.一种基于上述权利要求1至8任一项所述的多模生理信号传感器接口芯片的头箍式脑状态监测仪，包括：第一脑电极部，设置有地电极和4通道脑电极柄；以及第二脑电极部，设置有参考电极、4通道脑电极柄、以及近红外光谱传感单元；所述近红外光谱传感单元包括双波长led及光电倍增管；所述脑状态监测仪设置为近红外光谱采集模式，通过硬件接口配置，将生物电信号采集模拟前端配置为8通道共用参考端输入，增益根据后端模数转换器需求，在40
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80db调节，频带设置为0.5
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300hz。
技术总结
本公开提供一种多模生理信号传感器接口芯片，包括：生物电信号采集前端，能够采集多种生物电信号；LED驱动电路，用于产生驱动不同的LED发出不同波长的光信号的驱动电流或用于电刺激的微电流；以及光电流处理模拟前端，外接光学传感器，用于根据所述不同波长的光信号的变化处理为电信号。本公开同时还提供一种基于上述多模生理信号传感器接口芯片的头箍式脑状态监测仪和一种基于上述多模生理信号传感器接口芯片的手环式生命体征检测仪。器接口芯片的手环式生命体征检测仪。器接口芯片的手环式生命体征检测仪。


技术研发人员：薛宁 尤昌华 刘春秀 尹思远 姚盼
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：2021.03.25
技术公布日：2021/6/29