CN104224143B - 超低功耗的ppg信号采集电路及采集方法 - Google Patents

超低功耗的ppg信号采集电路及采集方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低功耗的PPG信号采集电路,它包括光发射模块和光接收信息处理模块,所述的光发射模块包括发光二极管D1和电阻R1,所述的发光二极管D1与电阻R1连接;所述的光接收信息处理模块包括光敏二极管D2、D/A转换器DAC、电流电压转换器I/V、G放大器和A/D转换器ADC1,所述的D/A转换器DAC通过电阻R2与电流电压转换器I/V连接,光敏二极管D2与电流电压转换器I/V连接,电流电压转换器I/V与G放大器连接,G放大器与A/D转换器ADC1连接。本发明还公开了该电路进行PPG信号采集的方法。

Description

超低功耗的PPG信号采集电路及采集方法
技术领域
本发明涉及一种超低功耗的PPG信号采集电路及采集方法。
背景技术
光电容积脉搏波(PhotoPlethysmoGraphy,以下简称PPG)是一种重要的生理信号,广泛地应用对心血管***和血液成分进行分析。如对血氧饱和度的测量中就是采用2种或2种以上的LED(发光二极管)测量PPG而实现的。
基于健康监测的可穿戴设备往往是对PPG信息采集,传统方法是初级放大,低通滤波,高通滤波,自动增益控制,积分控制等电路进行光电容积脉搏波进行控制和处理,这样造成电路复杂,可靠性低,功耗高等不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种超低功耗的PPG信号采集电路及采集方法,本发明电路结构简单,能够有效的检测PPG信号,功耗低,适用范围广。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:超低功耗的PPG信号采集电路,它包括光发射模块和光接收信息处理模块,所述的光发射模块包括发光二极管D1和电阻R1,所述的发光二极管D1与电阻R1连接;所述的光接收信息处理模块包括光敏二极管D2、D/A转换器DAC、电流电压转换器I/V、G放大器和A/D转换器ADC1,所述的D/A转换器DAC通过电阻R2与电流电压转换器I/V连接,光敏二极管D2与电流电压转换器I/V连接,电流电压转换器I/V与G放大器连接,G放大器与A/D转换器ADC1连接。
它还包括节电开关SW1和节电开关SW2,光发射模块与节电开关SW1串联在电源回路中,节电开关SW2串联在电流电压转换器I/V和放大器G的电源回路中,节电开关SW1、SW2在采样中实现开和关闭电路,达到节省能量的目的。
所述的D/A转换器DAC是调整信号采集的电路中的放大器的饱和。
它还包括一个用于前级采样的A/D转换电路ADC2,所述的A/D转换电路的输入与电流电压转换器I/V的输出连接,对电流电压转换器I/V的输出电压进行测量,在计算后能够一步给出DA修正值大小,加快修正时间。
它还包括两个比较电路即比较器C1和比较器C2,比较器C1的反相输入端、比较器C2的反相输入端与放大器G的输出连接,同相连接相关电压比较参考值。比较器C1和比较器C2能够快速对放大器G是否饱和做出评估,而不需要ADC1转换就能得知放大器G是否饱和。
所述的A/D转换电路ADC1的输入与G放大器的输出连接,对放大器的输出电压进行测量,即PPG信号测量,以便算法计算。
如权利要求1所述的超低功耗的PPG信号采集电路信号采集的方法,它包括如下子步骤:
S1:***上电;
S2:发光二极管D1发射光照射皮肤;
S3:光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号;
S4:电流电压转换器I/V将光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号转换为电信号;
S5:电流电压转换器I/V输出的电信号经放大器放大后进行数模转换,输出转换后的值,即数字化PPG信号采样。
它还包括一个饱和调节步骤,比较器C1和比较器C2快速对放大器G是否饱和做出评估,而不需要ADC1转换就能得知放大器G是否饱和,如接近饱和状态,ADC2采样电流电压转换器I/V输出,根据其特性则调整D/A转换器DA的输出,使放大器进入放大区。
它还包括一个电流电压转换器I/V输出监测步骤,对电流电压转换器I/V的输出电压进行测量,计算出D/A转换器DA值以便计算后能够一步给出DA修正值大小,加快修正时间。
所述的发射光为脉冲式光,所述的光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号为脉冲光信号。
本发明的有益效果是:本发明提供一种超低功耗的PPG信号采集电路及采集方法,本发明电路结构简单,能够有效的检测PPG信号,功耗低,适用范围广。
附图说明
图1为电路原理框图;
图2为信号采集方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示,超低功耗的PPG信号采集电路,它包括光发射模块和光接收信息处理模块,所述的光发射模块包括发光二极管D1和电阻R1,所述的发光二极管D1与电阻R1连接;所述的光接收信息处理模块包括光敏二极管D2、D/A转换器DAC、电流电压转换器I/V、G放大器和A/D转换器ADC1,所述的D/A转换器DAC通过电阻R2与电流电压转换器I/V连接,光敏二极管D2与电流电压转换器I/V连接,电流电压转换器I/V与G放大器连接,G放大器与A/D转换器ADC1连接。
它还包括节电开关SW1和节电开关SW2,光发射模块与节电开关SW1串联在电源回路中,节电开关SW2串联在电流电压转换器I/V和放大器G的电源回路中,节电开关SW1、SW2在采样中实现开和关闭电路,达到节省能量的目的。
所述的D/A转换器DAC是调整信号采集的电路中的放大器的饱和。
它还包括一个用于前级采样的A/D转换电路ADC2,所述的A/D转换电路的输入与电流电压转换器I/V的输出连接,对电流电压转换器I/V的输出电压进行测量,在计算后能够一步给出DA修正值大小,加快修正时间。
它还包括两个比较电路即比较器C1和比较器C2,比较器C1的反相输入端、比较器C2的反相输入端与放大器G的输出连接,同相连接相关电压比较参考值。比较器C1和比较器C2能够快速对放大器G是否饱和做出评估,而不需要ADC1转换就能得知放大器G是否饱和。
所述的A/D转换电路ADC1的输入与G放大器的输出连接,对放大器的输出电压进行测量,即PPG信号测量,以便算法计算。
如权利要求1所述的超低功耗的PPG信号采集电路信号采集的方法,它包括如下子步骤:
S1:***上电;
S2:发光二极管D1发射光照射皮肤;
S3:光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号;
S4:电流电压转换器I/V将光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号转换为电信号;
S5:电流电压转换器I/V输出的电信号经放大器放大后进行数模转换,输出转换后的值,即数字化PPG信号采样。
它还包括一个饱和调节步骤,比较器C1和比较器C2快速对放大器G是否饱和做出评估,而不需要ADC1转换就能得知放大器G是否饱和,如接近饱和状态,ADC2采样电流电压转换器I/V输出,根据其特性则调整D/A转换器DA的输出,使放大器进入放大区。
它还包括一个电流电压转换器I/V输出监测步骤,对电流电压转换器I/V的输出电压进行测量,计算出D/A转换器DA值以便计算后能够一步给出DA修正值大小,加快修正时间。
所述的发射光为脉冲式光,所述的光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号为脉冲光信号。
本发明的PPG信号采集电路中光敏二极管D2的光电流代表这PPG信号,可以用下式表示:
光电流=D/A输出值*常数A+A/D转换值*常数B
其中常数A和常数B和R2、IV跨阻、G放大器增益相关。

Claims (8)

1.超低功耗的PPG信号采集电路,其特征在于:它包括光发射模块和光接收信息处理模块,所述的光发射模块包括发光二极管D1和电阻R1,所述的发光二极管D1与电阻R1连接;所述的光接收信息处理模块包括光敏二极管D2、D/A转换器DAC、电流电压转换器I/V、G放大器和A/D转换器ADC1,所述的D/A转换器DAC通过电阻R2与电流电压转换器I/V连接,光敏二极管D2与电流电压转换器I/V连接,电流电压转换器I/V与G放大器连接,G放大器与A/D转换器ADC1连接,采集电路还包括一个用于前级采样的A/D转换电路ADC2,所述的A/D转换电路的输入与电流电压转换器I/V的输出连接,对电流电压转换器I/V的输出电压进行测量,在计算后能够一步给出DA修正值大小,加快修正时间。
2.根据权利要求1所述的超低功耗的PPG信号采集电路,其特征在于:它还包括节电开关SW1和节电开关SW2,光发射模块与节电开关SW1串联在电源回路中,节电开关SW2串联在电流电压转换器I/V和放大器G的电源回路中,节电开关SW1、SW2在采样中实现开和关闭电路,达到节省能量的目的。
3.根据权利要求1所述的超低功耗的PPG信号采集电路,其特征在于:所述的D/A转换器DAC是调整信号采集的电路中的放大器的饱和。
4.根据权利要求1所述的超低功耗的PPG信号采集电路,其特征在于:它还包括两个比较电路即比较器C1和比较器C2,比较器C1的反相输入端、比较器C2的反相输入端与放大器G的输出连接,同相连接相关电压比较参考值,比较器C1和比较器C2能够快速对放大器G是否饱和做出评估,而不需要ADC1转换就能得知放大器G是否饱和。
5.根据权利要求1所述的超低功耗的PPG信号采集电路,其特征在于:所述的A/D转换电路ADC1的输入与G放大器的输出连接,对放大器的输出电压进行测量,即PPG信号测量,以便算法计算。
6.如权利要求1所述的超低功耗的PPG信号采集电路信号采集的方法,其特征在于:它包括如下子步骤:
S1:***上电;
S2:发光二极管D1发射光照射皮肤;
S3:光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号;
S4:电流电压转换器I/V将光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号转换为电信号;
S5:电流电压转换器I/V输出的电信号经放大器放大后进行数模转换,输出转换后的值,即数字化PPG信号采样;
它还包括一个电流电压转换器I/V输出监测步骤,对电流电压转换器I/V的输出电压进行测量,计算出D/A转换器DA值以便计算后能够一步给出DA修正值大小,加快修正时间。
7.根据权利要求6所述的超低功耗的PPG信号采集电路信号采集的方法,其特征在于:它还包括一个饱和调节步骤,比较器C1和比较器C2快速对放大器G是否饱和做出评估,而不需要ADC1转换就能得知放大器G是否饱和,如接近饱和状态,ADC2采样电流电压转换器I/V输出,根据其特性则调整D/A转换器DA的输出,使放大器进入放大区。
8.根据权利要求6所述的超低功耗的PPG信号采集电路信号采集的方法,其特征在于:所述的发射光为脉冲式光,所述的光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号为脉冲光信号。
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