CN115005842A - 一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法及***，包括以下步骤：步骤S1：通过改变频率调节通路的控制电压，校准，将校准后得到的频率设置为工作频率；步骤S2：将采集到的脑电信号进行斩波调制，得到斩波调制脑电信号；步骤S3：通过芯片放大器模块将所述斩波调制脑电信号进行放大处理，得到放大脑电信号；步骤S4：将所述放大脑电信号进行信号解调，得到原始脑电信号；步骤S5：所述原始脑电信号通过低通滤波器得到脑电模拟信号；步骤S6：通过模数转换器将脑电模拟信号转换为离散的数字信号。本发明通过微调斩波频率，控制输入电流，使得输入端的输入阻抗最大化，克服了工艺误差，解决精准匹配问题，适用于可穿戴脑电采集***。

Description

一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法及***
技术领域
本发明涉及一种集成电路设计技术领域，尤其涉及一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法及***。
背景技术
脑机接口是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的交流、控制通道，是大脑和外部设备之间创建的直接连接通路，通过该通路人体可以直接通过脑来表达想法或操纵设备，这有效增强了身体严重残疾的患者与外界交流或控制外部环境的能力，大大提高了患者的生活质量。
脑机接口技术是一种涉及神经科学、信号检测、信号处理、模式识别等多学科的交叉技术，作为一个***工程，脑机接口包括软硬多个组件，涉及微电子、神经科学、材料学、机器人、临床医学等多个学科，产学研医交叉融合、环环相扣。是全面解析认识大脑的核心关键技术，是国际脑科学最前沿研究的重要工具。
在传统的可穿戴脑电信号采集设备中，信号采集使用的是干性电极，其输入阻抗是兆欧级别，一般需要一个阻抗增强回路，但是阻抗增强回路上的电容与输入电容容值相同，只有10fF左右。由于现阶段的半导体集成工艺制程限制，在芯片制作过程中产生的工艺误差不可避免。脑机接口芯片对电容容值的精确度要求很高，微小的工艺误差对于芯片电路造成的影响不可忽略。如何抵消工艺误差带来的影响，最大程度的提高信号采集芯片的精确度成为研究难点。
基于上述背景，本发明设计了一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法及***。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法及***。
本发明采用的技术方案如下：
一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，包括以下步骤：
步骤S1：通过改变频率调节通路的控制电压，校准斩波调制单元和斩波解调制单元的斩波频率，将校准后得到的频率设置为斩波调制单元和斩波解调制单元的工作频率；
步骤S2：穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极将采集到的脑电信号通过信号采集通路传递至斩波调制单元进行斩波调制，得到斩波调制脑电信号；
步骤S3：通过芯片放大器模块将所述斩波调制脑电信号进行放大处理，得到放大脑电信号；
步骤S4：将所述放大脑电信号通过斩波解调制单元进行信号解调，将所述放大脑电信号解调至原始信号频段，得到原始脑电信号；
步骤S5：所述原始脑电信号通过低通滤波器将谐波噪声滤除，得到脑电模拟信号；
步骤S6：通过模数转换器将幅值、时间连续的所述脑电模拟信号转换为离散的数字信号。
进一步地，所述斩波调制单元的输入端与所述斩波解调制单元的输出端设置阻抗增强回路，所述阻抗增强回路由两个阻抗提升电容构成。
进一步地，所述阻抗提升电容为10fF。
进一步地，所述芯片放大器模块包括固定增益放大器、两组输入电容、两组反馈电容和两组伪电阻，所述斩波调制单元的输出端连接两组所述输入电容，所述输入电容的输出端连接所述固定增益放大器，所述固定增益放大器的输出端连接所述斩波解调制单元，所述固定增益放大器的两端还连接所述反馈电容，所述反馈电容的另一端连接所述伪电阻。
进一步地，所述固定增益放大器的增益设计为40dB，带宽为30k赫兹，所述输入电容为1pF，所述反馈电容为10fF，所述伪电阻为100G欧姆。
进一步地，所述斩波调制单元的斩波频率和所述斩波解调制单元的斩波解调制频率相同。
进一步地，所述频率调节通路由电压控制振荡器和反相器驱动组成，所述电压控制振荡器的输出端依次串联四个所述反相器驱动，最后一个所述反相器驱动的输出端分别连接所述斩波调制单元和所述斩波解调制单元。
进一步地，所述步骤S5中所述低通滤波的截止频率为200赫兹。
进一步地，所述步骤S6中所述模数转换器的精度为10Bit。
本发明还提供一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强***，包括信号采集通路和频率调节通路，所述信号采集通路上依次设置有斩波调制单元、芯片放大器模块、斩波解调制单元、低通滤波器和模数转换器，所述频率调节通路上依次设置有电压控制振荡器和四个反相器驱动，最后一个反相器驱动的输出端分别连接斩波调制单元和斩波解调制单元；所述斩波调制单元的输入端与所述斩波解调制单元的输出端设置有阻抗增强回路；
斩波调制单元，用于对穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极采集到的脑电信号进行斩波调制，得到斩波调制脑电信号；
芯片放大器模块，用于将所述斩波调制脑电信号进行放大处理，得到放大脑电信号；
斩波解调制单元，用于将所述放大脑电信号进行信号解调至原始信号频段，得到原始脑电信号；
低通滤波器，用于将所述原始脑电信号的谐波噪声滤除，得到脑电模拟信号；
模数转换器，用于将幅值、时间连续的所述脑电模拟信号转换为离散的数字信号；
电压控制振荡器和四个反相器驱动，用于调节频率调节通路的控制电压微调斩波调制单元和斩波解调制单元的斩波频率；
阻抗增强回路，用于提高信号采集通路上的输入阻抗。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法及***，针对传统阻抗增强回路中反馈电容易受工艺误差影响的问题，首先将一个频率、幅值一定的正弦信号接入信号采集通路，通过改变频率调节通路的电压控制振荡器的输入控制电压校准微调斩波频率，继而改变信号采集通路输入端电流，从而达到信号采集通路输入阻抗最大化的技术目标，将电路的输入阻抗调至最大值。该技术需在采集前进行一次输入阻抗校准，之后将校准后得到的频率设置为斩波工作频率，在此频率下进行之后的信号采集-斩波调制-放大-斩波解调-低通滤波-模数转换工作。本发明通过微调斩波频率，控制输入电流，使得输入端的输入阻抗最大化，克服了工艺误差，解决精准匹配问题，适用于可穿戴脑电采集***。
附图说明
图1为本发明一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法的流程图；
图2为本发明一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强***示意图；
图3为本发明实施例电路图。
具体实施方式
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1
一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，包括以下步骤：
步骤S1：通过改变频率调节通路的控制电压，校准斩波调制单元和斩波解调制单元的斩波频率，将校准后得到的频率设置为斩波调制单元和斩波解调制单元的工作频率；所述频率调节通路由电压控制振荡器和反相器驱动组成，所述电压控制振荡器的输出端依次串联四个所述反相器驱动，最后一个所述反相器驱动的输出端分别连接所述斩波调制单元和所述斩波解调制单元。
步骤S2：穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极将采集到的脑电信号通过信号采集通路传递至斩波调制单元进行斩波调制，得到斩波调制脑电信号；
步骤S3：通过芯片放大器模块将所述斩波调制脑电信号进行放大处理，得到放大脑电信号；所述芯片放大器模块包括固定增益放大器、两组输入电容、两组反馈电容和两组伪电阻，所述斩波调制单元的输出端连接两组所述输入电容，所述输入电容的输出端连接所述固定增益放大器，所述固定增益放大器的输出端连接所述斩波解调制单元，所述固定增益放大器的两端还连接所述反馈电容，所述反馈电容的另一端连接所述伪电阻；所述固定增益放大器的增益设计为40dB，带宽为30k赫兹，所述输入电容为1pF，所述反馈电容为10fF，所述伪电阻为100G欧姆。
步骤S4：将所述放大脑电信号通过斩波解调制单元进行信号解调，将所述放大脑电信号解调至原始信号频段，得到原始脑电信号；
步骤S5：所述原始脑电信号通过低通滤波器将谐波噪声滤除，得到脑电模拟信号；所述低通滤波的截止频率为200赫兹。
步骤S6：通过模数转换器将幅值、时间连续的所述脑电模拟信号转换为离散的数字信号；所述模数转换器的精度为10Bit。
所述斩波调制单元的输入端与所述斩波解调制单元的输出端设置阻抗增强回路，所述阻抗增强回路由两个阻抗提升电容构成。
所述阻抗提升电容为10fF。
所述斩波调制单元的斩波频率和所述斩波解调制单元的斩波解调制频率相同。
见图2
一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强***，包括信号采集通路和频率调节通路，所述信号采集通路上依次设置有斩波调制单元、芯片放大器模块、斩波解调制单元、低通滤波器和模数转换器，所述频率调节通路上依次设置有电压控制振荡器和四个反相器驱动，最后一个反相器驱动的输出端分别连接斩波调制单元和斩波解调制单元；所述斩波调制单元的输入端与所述斩波解调制单元的输出端设置有阻抗增强回路；
斩波调制单元，用于对穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极采集到的脑电信号进行斩波调制，得到斩波调制脑电信号；
芯片放大器模块，用于将所述斩波调制脑电信号进行放大处理，得到放大脑电信号；
斩波解调制单元，用于将所述放大脑电信号进行信号解调至原始信号频段，得到原始脑电信号；
低通滤波器，用于将所述原始脑电信号的谐波噪声滤除，得到脑电模拟信号；
模数转换器，用于将幅值、时间连续的所述脑电模拟信号转换为离散的数字信号；
电压控制振荡器和四个反相器驱动，用于调节频率调节通路的控制电压微调斩波调制单元和斩波解调制单元的斩波频率；
阻抗增强回路，用于提高信号采集通路上的输入阻抗。
实施例：
见图3：
步骤S1：将一个频率、幅值一定的正弦输入信号接入信号采集通路，通过改变频率调节通路的控制电压Vcal微调斩波调制单元和斩波解调制单元的斩波频率，在微调过程中记录不同控制电压Vcal下的输出信号幅值Vpk，最终将输出信号幅值最大时的控制电压Vcal作为斩波调制单元和斩波解调制单元的工作电压，将校准后得到的频率设置为斩波调制单元和斩波解调制单元的工作频率；所述频率调节通路由电压控制振荡器VCO和反相器驱动组成，所述电压控制振荡器VCO的输出端依次串联四个所述反相器驱动，最后一个所述反相器驱动的输出端分别连接所述斩波调制单元和所述斩波解调制单元，电压控制振荡器VCO产生斩波控制信号的频率是由控制电压Vcal决定的，通过调节控制电压Vcal改变斩波调制单元和斩波解调制单元的时钟控制信号VCLK。
所述斩波调制单元的输入端与所述斩波解调制单元的输出端设置阻抗增强回路，所述阻抗增强回路由两个阻抗提升电容构成。
由于干性主动电极的电极阻抗是兆欧级别，在斩波调制单元的输入端与斩波解调制单元的输出端设置阻抗增强回路以提高输入阻抗，避免信号在电极输入端因高电极阻抗导致的信号失真，该阻抗增强回路由两个大小为10fF的阻抗提升电容CIBL1、CIBL2构成。当流过阻抗增强回路的反馈电流IIBL与输入电流Iin幅值相同时，二者可以互相抵消，即
Figure 843426DEST_PATH_IMAGE001
因此，电路的等效增益可表示为：
Figure 291725DEST_PATH_IMAGE002
当反馈电流IIBL与输入电流Iin幅值相同时，从信号采集通路输入端可当做输入电流Iin为0，即在理想情况下信号采集通路的输入阻抗无穷大，因此本阻抗增强回路通过这样的方式，提升信号采集通路端的输入阻抗。
为了保证反馈电流与输入电流幅值尽可能相同，需要反馈电容Cfb1,2与CIBL1,2大小相同，均为10fF，但该片上电容在集成电路制备过程中因工艺误差的原因，无法做到完全一致，且由于该电容幅值较小（10fF），工艺误差产生的电容不匹配问题较为严重。电路的输入阻抗Zin的表达应为：
Figure 104085DEST_PATH_IMAGE003
由于针对片上电容大小的校准较为困难，因此，可以通过微调斩波频率fc继而微调输入阻抗Zin，使得输入电流与反馈电流相等，互相抵消，从而克服工艺误差，解决精准匹配问题。
通过频率调节通路的控制电压Vcal，将斩波频率调至4kHz, 然后将一个频率为10赫兹，幅值为100微伏的正弦输入信号Vtest接入信号采集通路，由于固定增益放大器A1的增益设计为40dB，当电路的输入阻抗Zin最大时，理想情况下的最大输出电压Vout为10毫伏。通过微调频率调节通路的控制电压Vcal, 记录输出电压Vout在不同控制电压Vcal情况下的幅值大小，当输出电压Vout为最大幅值时，此时输入阻抗Zin达到最大值，记录此时的控制电压Vcal并保持不变，校准结束。
将校准后得到的频率fc设置为工作频率，将采集到的脑电信号Vin1接至信号采集通路的输入端。
步骤S2：穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极将采集到的脑电信号Vin1通过信号采集通路传递至斩波调制单元进行斩波调制，即通过两个相位对所采集到的脑电信号Vin1进行斩波调制，将其调制至斩波频率，以避开芯片放大器模块低频部分的噪声，斩波频率由频率调节通路所产生的时钟控制信号VCLK决定得到斩波调制脑电信号；
步骤S3：通过芯片放大器模块将所述斩波调制脑电信号进行放大处理，得到放大脑电信号；所述芯片放大器模块包括固定增益放大器A1、两组输入电容Cin1、Cin2、两组反馈电容Cfb1、Cfb2和两组伪电阻Rfb1、Rfb2，所述斩波调制单元的输出端连接两组所述输入电容Cin1、Cin2，所述输入电容Cin1、Cin2的输出端连接所述固定增益放大器A1，所述固定增益放大器A1的输出端连接所述斩波解调制单元，所述固定增益放大器A1的两端还连接所述反馈电容Cfb1、Cfb2，所述反馈电容Cfb1、Cfb2的另一端连接所述伪电阻Rfb1、Rfb2；直流偏置由置于固定增益放大器A1输入输出端之间两个大小为100G欧姆的伪电阻Rfb1、Rfb2提供；所述固定增益放大器A1的增益设计为40dB，带宽为30k赫兹，所述输入电容Cin1、Cin2为1pF，所述反馈电容Cfb1、Cfb2为10fF，所述伪电阻Rfb1、Rfb2为100G欧姆。该芯片放大器模块的增益的表达应为：
Figure 296032DEST_PATH_IMAGE004
步骤S4：将所述放大脑电信号通过斩波解调制单元进行信号解调，将所述放大脑电信号解调至原始信号频段，得到原始脑电信号；斩波解调制过程与斩波调制过程由同一个时钟信号VCLK控制。
步骤S5：所述原始脑电信号通过低通滤波器将谐波噪声滤除，得到脑电模拟信号；所述低通滤波的截止频率为200赫兹。
经过斩波解调制单元的输出信号，会包含高频谐波噪声，将该信号传至低通滤波器，将各类谐波噪声滤除，从而留下采集得到的脑电模拟信号。
步骤S6：通过模数转换器将幅值、时间连续的所述脑电模拟信号转换为离散的数字信号；所述模数转换器的精度为10Bit。
本发明针对传统阻抗回路中反馈电容易受工艺误差影响的问题，首先将一个频率、幅值一定的正弦信号接入信号采集通路，通过改变频率调节通路的电压控制振荡器的输入控制电压校准微调斩波频率，继而改变信号采集通路输入端电流，从而达到信号采集通路输入阻抗最大化的技术目标，将电路的输入阻抗调至最大值。该技术需在采集前进行一次输入阻抗校准，之后将校准后得到的频率设置为斩波工作频率，在此频率下进行之后的信号采集-斩波调制-放大-斩波解调-低通滤波-模数转换工作。本发明通过微调斩波频率，控制输入电流，使得输入端的输入阻抗最大化，克服了工艺误差，解决精准匹配问题，适用于可穿戴脑电采集***。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：通过改变频率调节通路的控制电压，校准斩波调制单元和斩波解调制单元的斩波频率，将校准后得到的频率设置为斩波调制单元和斩波解调制单元的工作频率；
步骤S2：穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极将采集到的脑电信号通过信号采集通路传递至斩波调制单元进行斩波调制，得到斩波调制脑电信号；
步骤S3：通过芯片放大器模块将所述斩波调制脑电信号进行放大处理，得到放大脑电信号；
步骤S4：将所述放大脑电信号通过斩波解调制单元进行信号解调，将所述放大脑电信号解调至原始信号频段，得到原始脑电信号；
步骤S5：所述原始脑电信号通过低通滤波器将谐波噪声滤除，得到脑电模拟信号；
步骤S6：通过模数转换器将幅值、时间连续的所述脑电模拟信号转换为离散的数字信号。
2.如权利要求1所述的一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，其特征在于，所述斩波调制单元的输入端与所述斩波解调制单元的输出端设置阻抗增强回路，所述阻抗增强回路由两个阻抗提升电容构成。
3.如权利要求2所述的一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，其特征在于，所述阻抗提升电容为10fF。
4.如权利要求1所述的一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，其特征在于，所述芯片放大器模块包括固定增益放大器、两组输入电容、两组反馈电容和两组伪电阻，所述斩波调制单元的输出端连接两组所述输入电容，所述输入电容的输出端连接所述固定增益放大器，所述固定增益放大器的输出端连接所述斩波解调制单元，所述固定增益放大器的两端还连接所述反馈电容，所述反馈电容的另一端连接所述伪电阻。
5.如权利要求4所述的一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，其特征在于，所述固定增益放大器的增益设计为40dB，带宽为30k赫兹，所述输入电容为1pF，所述反馈电容为10fF，所述伪电阻为100G欧姆。
6.如权利要求1所述的一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，其特征在于，所述斩波调制单元的斩波频率和所述斩波解调制单元的斩波解调制频率相同。
7.如权利要求1所述的一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，其特征在于，所述频率调节通路由电压控制振荡器和反相器驱动组成，所述电压控制振荡器的输出端依次串联四个所述反相器驱动，最后一个所述反相器驱动的输出端分别连接所述斩波调制单元和所述斩波解调制单元。
8.如权利要求1所述的一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，其特征在于，所述步骤S5中所述低通滤波的截止频率为200赫兹。
9.如权利要求1所述的一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强方法，其特征在于，所述步骤S6中所述模数转换器的精度为10Bit。
10.一种频率调制的脑机接口芯片输入阻抗增强***，其特征在于，包括信号采集通路和频率调节通路，所述信号采集通路上依次设置有斩波调制单元、芯片放大器模块、斩波解调制单元、低通滤波器和模数转换器，所述频率调节通路上依次设置有电压控制振荡器和四个反相器驱动，最后一个反相器驱动的输出端分别连接斩波调制单元和斩波解调制单元；所述斩波调制单元的输入端与所述斩波解调制单元的输出端设置有阻抗增强回路；
斩波调制单元，用于对穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极采集到的脑电信号进行斩波调制，得到斩波调制脑电信号；
芯片放大器模块，用于将所述斩波调制脑电信号进行放大处理，得到放大脑电信号；
斩波解调制单元，用于将所述放大脑电信号进行信号解调至原始信号频段，得到原始脑电信号；
低通滤波器，用于将所述原始脑电信号的谐波噪声滤除，得到脑电模拟信号；
模数转换器，用于将幅值、时间连续的所述脑电模拟信号转换为离散的数字信号；
电压控制振荡器和四个反相器驱动，用于调节频率调节通路的控制电压微调斩波调制单元和斩波解调制单元的斩波频率；
阻抗增强回路，用于提高信号采集通路上的输入阻抗。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116942169A (zh) * 2023-09-21 2023-10-27 之江实验室 微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片***
CN117017308A (zh) * 2023-10-09 2023-11-10 之江实验室 一种慢波神经信号放大电路
CN118041265A (zh) * 2024-04-12 2024-05-14 之江实验室 一种面向生物电信号的斩波频率可调的斩波放大电路

Citations (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4749961A (en) * 1986-03-26 1988-06-07 Hitachi, Ltd. Voltage controlled oscillator and phase-locked loop using it
FR2725329A1 (fr) * 1994-08-24 1996-04-05 Crystal Semiconductor Corp Procede d'etalonnage d'un convertisseur numerique-analogique et systeme de convertisseur numerique-analogique avec correction numerique de la linearite
JP2005347817A (ja) * 2004-05-31 2005-12-15 Sharp Corp Ｐｌｌ回路
EP2294979A1 (en) * 2009-09-14 2011-03-16 Imec Method and electronic medical device for simultaneously measuring and impedance and a biopotential signal
US20120056769A1 (en) * 2010-09-02 2012-03-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method and system for time to digital conversion with calibration and correction loops
CN202547755U (zh) * 2012-04-23 2012-11-21 承德承信自动化工程有限公司 一种模拟量采集装置
JP2014204418A (ja) * 2013-04-10 2014-10-27 パナソニック株式会社 キャリブレーション回路及びｐｌｌ回路
WO2015131172A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Northeastern University Instrumentation amplifier with digitally programmable input capacitance cancellation
WO2016019526A1 (zh) * 2014-08-06 2016-02-11 中国科学院自动化研究所 脑活动检测方法和***
US20160294331A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Analog Devices, Inc. Apparatus and methods for chopping ripple reduction in amplifiers
US20170001003A1 (en) * 2014-03-14 2017-01-05 Nalu Medical, Inc. Method and apparatus for versatile minimally invasive neuromodulators
CN106943138A (zh) * 2017-03-13 2017-07-14 韦佳伶 信号调理器、心电检测装置及信号调理方法
CN106961277A (zh) * 2017-04-18 2017-07-18 江苏信息职业技术学院 一种低功率高性能的vco电路
US20180325375A1 (en) * 2016-09-29 2018-11-15 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for non-contact electrocardiography monitoring, circuit for non-contact electrocardiography monitoring, and apparatus for electrocardiography monitoring using the same
CN109199370A (zh) * 2018-09-21 2019-01-15 北京机械设备研究所 一种脑电信号放大装置及方法
CN109921755A (zh) * 2019-03-07 2019-06-21 华南理工大学 一种采用负阻抗补偿技术的斩波放大电路
CN110212873A (zh) * 2019-07-10 2019-09-06 桂林电子科技大学 应用于可穿戴干电极心电监测的低噪声高输入阻抗放大器
WO2019170237A1 (en) * 2018-03-08 2019-09-12 Renesas Electronics Corporation Continuous-time chopper amplifier with auto offset correction
WO2021019776A1 (en) * 2019-08-01 2021-02-04 Tokyo Institute Of Technology "Brain-computer interface system suitable for synchronizing one or more nonlinear dynamical systems with the brain activity of a person"
CN213092467U (zh) * 2020-07-23 2021-04-30 中国人民解放军国防科技大学 一种防盗***
CN114533087A (zh) * 2022-04-28 2022-05-27 之江实验室 一种基于斩波技术消除电极间直流偏移的方法及***
US20220182045A1 (en) * 2019-04-24 2022-06-09 Pragmatic Printing Ltd. An oscillator with improved frequency stability
CN114785321A (zh) * 2022-03-31 2022-07-22 北京时代民芯科技有限公司 一种低emi的扩频振荡电路
CN114826171A (zh) * 2022-05-16 2022-07-29 上海交通大学 一种用于便携式健康监测装置的模拟前端感知放大器

Patent Citations (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4749961A (en) * 1986-03-26 1988-06-07 Hitachi, Ltd. Voltage controlled oscillator and phase-locked loop using it
FR2725329A1 (fr) * 1994-08-24 1996-04-05 Crystal Semiconductor Corp Procede d'etalonnage d'un convertisseur numerique-analogique et systeme de convertisseur numerique-analogique avec correction numerique de la linearite
JP2005347817A (ja) * 2004-05-31 2005-12-15 Sharp Corp Ｐｌｌ回路
EP2294979A1 (en) * 2009-09-14 2011-03-16 Imec Method and electronic medical device for simultaneously measuring and impedance and a biopotential signal
US20120056769A1 (en) * 2010-09-02 2012-03-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method and system for time to digital conversion with calibration and correction loops
CN202547755U (zh) * 2012-04-23 2012-11-21 承德承信自动化工程有限公司 一种模拟量采集装置
JP2014204418A (ja) * 2013-04-10 2014-10-27 パナソニック株式会社 キャリブレーション回路及びｐｌｌ回路
WO2015131172A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Northeastern University Instrumentation amplifier with digitally programmable input capacitance cancellation
US20170001003A1 (en) * 2014-03-14 2017-01-05 Nalu Medical, Inc. Method and apparatus for versatile minimally invasive neuromodulators
WO2016019526A1 (zh) * 2014-08-06 2016-02-11 中国科学院自动化研究所 脑活动检测方法和***
US20160294331A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Analog Devices, Inc. Apparatus and methods for chopping ripple reduction in amplifiers
US20180325375A1 (en) * 2016-09-29 2018-11-15 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for non-contact electrocardiography monitoring, circuit for non-contact electrocardiography monitoring, and apparatus for electrocardiography monitoring using the same
CN106943138A (zh) * 2017-03-13 2017-07-14 韦佳伶 信号调理器、心电检测装置及信号调理方法
CN106961277A (zh) * 2017-04-18 2017-07-18 江苏信息职业技术学院 一种低功率高性能的vco电路
WO2019170237A1 (en) * 2018-03-08 2019-09-12 Renesas Electronics Corporation Continuous-time chopper amplifier with auto offset correction
CN109199370A (zh) * 2018-09-21 2019-01-15 北京机械设备研究所 一种脑电信号放大装置及方法
CN109921755A (zh) * 2019-03-07 2019-06-21 华南理工大学 一种采用负阻抗补偿技术的斩波放大电路
US20220115998A1 (en) * 2019-03-07 2022-04-14 South China University Of Technology Chopper amplifying circuit employing negative impedance compensation technique
US20220182045A1 (en) * 2019-04-24 2022-06-09 Pragmatic Printing Ltd. An oscillator with improved frequency stability
CN110212873A (zh) * 2019-07-10 2019-09-06 桂林电子科技大学 应用于可穿戴干电极心电监测的低噪声高输入阻抗放大器
WO2021019776A1 (en) * 2019-08-01 2021-02-04 Tokyo Institute Of Technology "Brain-computer interface system suitable for synchronizing one or more nonlinear dynamical systems with the brain activity of a person"
CN213092467U (zh) * 2020-07-23 2021-04-30 中国人民解放军国防科技大学 一种防盗***
CN114785321A (zh) * 2022-03-31 2022-07-22 北京时代民芯科技有限公司 一种低emi的扩频振荡电路
CN114533087A (zh) * 2022-04-28 2022-05-27 之江实验室 一种基于斩波技术消除电极间直流偏移的方法及***
CN114826171A (zh) * 2022-05-16 2022-07-29 上海交通大学 一种用于便携式健康监测装置的模拟前端感知放大器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张琦: "一种用于心电信号检测的低噪声斩波放大器", 《微电子学》 *
王琼颖等: "基于STM32的脑电信号采集***设计", 《集成技术》 *
马乾: "低功耗ECG信号采集电路研究与设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（基础科学技辑）》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116942169A (zh) * 2023-09-21 2023-10-27 之江实验室 微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片***
CN116942169B (zh) * 2023-09-21 2024-02-02 之江实验室 微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片***
CN117017308A (zh) * 2023-10-09 2023-11-10 之江实验室 一种慢波神经信号放大电路
CN117017308B (zh) * 2023-10-09 2024-01-23 之江实验室 一种慢波神经信号放大电路
CN118041265A (zh) * 2024-04-12 2024-05-14 之江实验室 一种面向生物电信号的斩波频率可调的斩波放大电路

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