超低功耗的ppg信号采集电路及采集方法
【专利摘要】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。
【专利说明】超低功耗的PPG信号采集电路及采集方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]光电容积脉搏波(Photo Plethysmo Graphy,以下简称PPG)是一种重要的生理信号，广泛地应用对心血管系统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。
[0003]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，可罪性低，功耗闻等不足。
【发明内容】
[0004]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。
[0005]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Dl和电阻Rl,所述的发光二极管Dl与电阻Rl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ADCl，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ADCl连接。
[0006]它还包括节电开关SWl和节电开关SW2，光发射模块与节电开关SWl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。
[0007]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。
[0008]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Ι/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。
[0009]它还包括两个比较电路即比较器Cl和比较器C2，比较器Cl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Cl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ADCl转换就能得知放大器G是否饱和。
[0010]所述的A/D转换电路ADCl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。
[0011]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:系统上电； 52:发光二极管Dl发射光照射皮肤；
53:光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号；
54: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；
55: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。
[0012]它还包括一个饱和调节步骤，比较器Cl和比较器C2快速对放大器G是否饱和做出评估，而不需要ADCl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ΙΛ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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]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】
[0017]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。
[0018]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Dl和电阻Rl,所述的发光二极管Dl与电阻Rl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ADCl，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ADCl连接。
[0019]它还包括节电开关SWl和节电开关SW2，光发射模块与节电开关SWl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。
[0020]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。
[0021]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Ι/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。
[0022]它还包括两个比较电路即比较器Cl和比较器C2，比较器Cl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Cl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ADCl转换就能得知放大器G是否饱和。
[0023]所述的A/D转换电路ADCl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。
[0024]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:
51:系统上电；
52:发光二极管Dl发射光照射皮肤；
53:光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号；
54: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；
55: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。
[0025]它还包括一个饱和调节步骤，比较器Cl和比较器C2快速对放大器G是否饱和做出评估，而不需要ADCl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ΙΛ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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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，可以用下式表不:
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。
【权利要求】
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Dl和电阻Rl，所述的发光二极管Dl与电阻Rl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ADCl，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ADCl连接。
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SWl和节电开关SW2，光发射模块与节电开关SWl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。
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:它还包括两个比较电路即比较器Cl和比较器C2，比较器Cl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Cl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ADCl转换就能得知放大器G是否饱和。
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:所述的A/D转换电路ADCl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。
7.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: 51:系统上电； 52:发光二极管Dl发射光照射皮肤； 53:光敏二极管D2接收皮肤反射的光信号； 54: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； 55: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。
8.根据权利要求7所述的PPG信号的采集方法，其特征在于:它还包括一个饱和调节步骤，比较器Cl和比较器C2快速对放大器G是否饱和做出评估，而不需要ADCl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。
9.根据权利要求7所述的PPG信号的采集方法，其特征在于:它还包括一个电流电压转换器Ι/ν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。
10.根据权利要求7所述的采集PPG信号的方法，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2。
【文档编号】A61B5/02GK104224143SQ201410507181
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】崔予红 申请人:成都金海鼎盛科技有限公司