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多信号并行采集电路、电子装置及身体特征信号采集仪

更新时间:2024-07-01
多信号并行采集电路、电子装置及身体特征信号采集仪 专利申请类型:实用新型专利;
源自:北京高价值专利检索信息库;

专利名称:多信号并行采集电路、电子装置及身体特征信号采集仪

专利类型:实用新型专利

专利申请号:CN202080002790.0

专利申请(专利权)人:焦旭
权利人地址:北京市海淀区温泉镇东埠头村四区398号

专利发明(设计)人:焦旭

专利摘要:一种多信号并行采集电路、电子装置及身体特征信号采集仪,包括:第一信号接收端,接收第一混叠信号,其中第一混叠信号混叠第一模拟信号和第二模拟信号,第一模拟信号的幅值范围大于第二模拟信号的幅值范围;第一信号放大单元(113),放大第一混叠信号,得到第一放大信号;第一电压基准(112),为第一混叠信号提供偏置电压;第二信号接收端,接收第二混叠信号,其中第二混叠信号混叠第三模拟信号和第四模拟信号,其中第三模拟信号与第一模拟信号同源,第四模拟信号与第二模拟信号同源;第二信号放大单元(123),放大第二混叠信号,得到第二放大信号;第二电压基准(122),为第二混叠信号提供偏置电压;模数转换单元(13),采集第一放大信号和第二放大信号。

主权利要求:
1.一种多信号并行采集电路,其特征在于,包括:第一信号接收端,接收第一混叠信号,其中第一混叠信号混叠第一模拟信号和第二模拟信号,所述第一模拟信号的幅值范围大于所述第二模拟信号的幅值范围;
第一信号放大单元,放大所述第一混叠信号,得到第一放大信号;
第一电压基准,为所述第一混叠信号提供偏置电压,其中第一电压基准和第一信号放大单元根据第一模拟信号的信号波动范围配置;
第二信号接收端,接收第二混叠信号,其中第二混叠信号混叠第三模拟信号和第四模拟信号,其中所述第三模拟信号与第一模拟信号同源,所述第四模拟信号与所述第二模拟信号同源;
第二信号放大单元,放大所述第二混叠信号,得到第二放大信号;
第二电压基准,为所述第二混叠信号提供偏置电压;
模数转换单元,采集所述第一放大信号作为所述第一模拟信号的采样值,当所述第一放大信号小于第一阈值时,所述模数转换单元采集所述第二放大信号作为所述第四模拟信号的采样值。
2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述电路的第一电压基准的输出电压大于所述电路的第二电压基准的输出电压;
所述电路的第一信号放大单元的放大倍率小于所述电路的第二信号放大单元的放大倍率。
3.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,还包括:串联连接的第一电阻器和第二电阻器;
串联连接的第三电阻器和第四电阻器;
所述第一混叠信号接收端与所述第一电阻器连接;
所述第一电压基准与所述第二电阻器连接;
所述第一信号放大单元与所述第一电阻器和所述第二电阻器连接;
所述第二混叠信号接收端与所述第三电阻器连接;
所述第二电压基准与所述第四电阻器连接;
所述第二信号放大单元与所述第三电阻器和所述第四电阻器连接。
4.根据权利要求3所述的电路,其特征在于,还包括:第一跟随器,连接于所述第一混叠信号接收端与所述第一电阻器之间;
第二跟随器,连接于所述第二混叠信号接收端与所述第三电阻器之间。
5.根据权利要求3所述的电路,其特征在于,还包括:第一滤波器,连接于所述第一混叠信号接收端与所述第一电阻器之间;
第二滤波器,连接于所述第二混叠信号接收端与所述第三电阻器之间。
6.根据权利要求5所述的电路,其特征在于,所述第一滤波器和所述第二滤波器中的至少一个包含双T阻容网络。
7.根据权利要求6所述的电路,其特征在于,所述双T阻容网络配置为低通滤波器。
8.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,还包括:第一过压保护器,与所述第一混叠信号接收端连接;
第二过压保护器,与所述第二混叠信号接收端连接。
9.一种电子装置,其特征在于,包括:第一传感器,与第一信源耦合,把所述第一信源的预设物理量转换成第一混叠信号,其中所述第一混叠信号包括第一模拟信号和第二模拟信号的混叠,所述第一模拟信号的幅值范围大于所述第二模拟信号的幅值范围;
第二传感器,与所述第一信源耦合,把所述第一信源的所述预设物理量转换成第二混叠信号,其中所述第二混叠信号包括第三模拟信号和第四模拟信号的混叠,其中所述第三模拟信号与第一模拟信号同源,所述第四模拟信号与所述第二模拟信号同源;
所述电子装置还包括权利要求1‑8中任意一项所述的电路,所述电路与所述第一传感器和所述第二传感器连接。
10.根据权利要求9所述的电子装置,其特征在于,所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个为压电片。
11.根据权利要求9所述的电子装置,其特征在于,所述第一传感器和所述第二传感器设置于相同位置。
12.根据权利要求9所述的电子装置,其特征在于,还包括:处理器,与所述电路连接,接收所述第一模拟信号的采样值和所述第二模拟信号的采样值;
所述处理器根据所述第一放大信号和所述第二放大信号的采样值确定所述第一传感器是否故障;
所述处理器根据所述第一放大信号的采样值和所述第二放大信号的采样值确定所述第二传感器是否故障。
13.根据权利要求9所述的电子装置,其特征在于,所述第一模拟信号为体动信号;
所述第二模拟信号为心跳信号、呼吸信号或者心跳信号和呼吸信号的混叠。
14.一种身体特征信号采集仪,其特征在于,包括权利要求9‑13中任意一项所述的电子装置。
15.根据权利要求14所述的采集仪,其特征在于,包括:垫子,与用户身体接触,并承载所述电子装置中的第一传感器和第二传感器。 说明书 : 多信号并行采集电路、电子装置及身体特征信号采集仪技术领域[0001] 本申请属于电子设备领域,特别涉及一种多信号并行采集电路、一种电子装置及一种床垫。背景技术[0002] 目前的现有技术中,可以在床垫上设置多种规格的传感器共同构成的阵列来检测人体的心跳、呼吸及体动信号。相关方案中,采用了不同规范的传感器阵列,从而将小型的心跳、呼吸信号与大型的体动信号分离开来,但并未提及对于采样电路也做出区分。[0003] 由于心跳、呼吸的振动信号小,但需要的采样精度高。体动信号从如心跳的小信号直到非常大的信号均有,但需要关注的是显著体动,显著体动的信号与心跳呼吸信号幅值差距几十倍,甚至上百倍。但显著体动信号并不需要高精度的采样。[0004] 如果采用高精度的单一电路采集,必然导致成本大幅增加,在模拟电路中提高两个数量级的精度是会普遍导致成本增加。同时,在对信号进行并行处理时,需要在算法中将数量级不同的信号进行分离,这在高频、大阵列传感器信号处理中会大大增加处理器负担,信号处理成本也很高。发明内容[0005] 基于此,本申请提供了一种多信号并行采集电路,其特征在于,包括:第一信号接收端,接收第一混叠信号,其中第一混叠信号混叠第一模拟信号和第二模拟信号,所述第一模拟信号的幅值范围大于所述第二模拟信号的幅值范围;第一信号放大单元,放大所述第一混叠信号,得到第一放大信号;第一电压基准,为所述第一混叠信号提供偏置电压;第二信号接收端,接收第二混叠信号,其中第二混叠信号混叠所述第三模拟信号和所述第四模拟信号,其中所述第三模拟信号与第一模拟信号同源,所述第四模拟信号与所述第二模拟信号同源;第二信号放大单元,放大所述第二混叠信号,得到第二放大信号;第二电压基准,为所述第二混叠信号提供偏置电压;模数转换单元,采集所述第一放大信号作为所述第一模拟信号的采样值,当所述第一放大信号小于第一阈值时,所述模数转换单元采集所述第二放大信号作为所述第四模拟信号的采样值。[0006] 本申请还提供了一种电子装置,包括第一传感器,与第一信源耦合,把所述第一信源的预设物理量转换成第一混叠信号,其中所述第一混叠信号包括第一模拟信号和第二模拟信号的混叠,所述第一模拟信号的幅值范围大于所述第二模拟信号的幅值范围;第二传感器,与所述第一信源耦合,把所述第一信源的所述预设物理量转换成第二混叠信号,其中所述第二混叠信号包括所述第三模拟信号和所述第四模拟信号的混叠,其中所述第三模拟信号与第一模拟信号同源,所述第四模拟信号与所述第二模拟信号同源;前述任意一种电路与所述第一传感器和所述第二传感器连接。[0007] 本申请还提供了一种身体特征信号采集仪,包括前述任意一种电子装置。[0008] 利用上述电路、电子装置和床垫,可以通过灵活配置采集电路的信号放大倍率和偏置,从而可以实现利用相同的模拟量采集电路,采集多个信号幅度不同模拟量。从而可以降低成本,减少处理器的工作负担。[0009] 由于第一混叠信号包括第一模拟信号和第二模拟信号的混叠。且第一模拟信号的幅值范围大于第二模拟信号的幅值范围。因而第二模拟信号相对比较微弱容易受到干扰。在本申请中,同步产生第一混叠信号的孪生信号第二混叠信号。第二混叠信号包括第三模拟信号和第四模拟信号。其中三模拟信号等同于第一模拟信号,第四模拟信号等同于第二模拟信号。[0010] 在本申请中为第一混叠信号的信号处理和第二混叠信号的信号处理分别配置不同处理分支电路,分别针对第一模拟信号和等同于第二模拟信号的第四模拟信号进行信号处理,可以实现分别对两种信号更优化的处理。特别是在每个分支电路中,分别根据第一模拟信号和第二模拟信号幅值范围的不同,而定制化地采用不同的电压基准和放大倍率使得两种信号可以得到更优化的处理。[0011] 当第一模拟的信号为体动信号时,由于体动信号的幅度较大且处理精度要求不高。因而可以在处理第一模拟信号的分支电路中采用性能较低的器件,从而可以降低成本。又由于第一模拟信号的幅值范围大于第二模拟信号的幅值范围。尽管第一放大信号中含有第二模拟信号的成分,但是该成分显然很小。把第一放大信号的采样值作为第一模拟信号的采样值,可以满足第一信号的信号采集精度要求。[0012] 由于体动信号为偶发信号,在第一放大信号的幅值小于第一阈值时,可以认为体动信号并未产生。此时第一混叠信号和第二混叠信号中并不含由第一模拟信号(体动信号)。此时第二信号可以看做是单纯第二模拟信号的放大。此时采集到的第二放大信号就可以作为第二模拟信号的采样值。[0013] 相对于传统方案,上述电路省去了拓扑结构复杂的信号解耦电路和价格较贵的仪用放大电路。从而可以降低电路的复杂度和减低系统成本。特别是在上述电路应用于身体特征信号采集仪时,由该采集仪需要以阵列形式排布多个传感器,需要处理相对繁多的模拟信号。利用上述电路可以相对明显地降低该采集仪的系统复杂度、制造成本以及维护成本。[0014] 在上述方案中,由于采用两个传感器同时感知相同的物理量。因而该两个传感器输出的混叠信号一般高度相似。可以利用两个混叠信号相互比对确定两个传感器中的一个是否工作正常。通过上述方式可实现设备自检和快速故障定位。从而可以降低维护成本。附图说明[0015] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图,而并不超出本申请要求保护的范围。[0016] 图1示出了本申请的一个实施例多信号并行采集电路的组成示意图。[0017] 图2示出了本申请的另一实施例多信号并行采集电路的原理示意图。[0018] 图3示出了本申请的另一实施例电子装置的组成示意图。具体实施方式[0019] 下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。[0020] 图1示出了本申请的一个实施例多信号并行采集电路的组成示意图。[0021] 如图1所示,电路1000可以包括:第一混叠信号接收端111、第一电压基准112、第一信号放大单元113、第二混叠信号接收端121、第二电压基准122、第二信号放大单元123和模数转换单元13。[0022] 其中,第一混叠信号接收端111和第二混叠信号接收端121可以分别用于采集第一混叠信号和第二混叠信号。其中第一混叠信号可以混叠第一模拟信号和第二模拟信号。第一模拟信号的信号幅值范围可以大于第二模拟信号的幅值范围。第二混叠信号也可以混叠第三模拟信号和第四模拟信号。其中第三模拟信号可以与第一模拟信号同源,即第三模拟信号和第一模拟信号可以转换自同一信号源的同一物理量,且第三模拟信号和第一模拟信号高度相似,可以等同于第一模拟信号。第四模拟信号可以与第二模拟信号同源,即第四模拟信号可以与第二模拟信号转换自同一信号源的同一物理量,第四模拟信号和第二模拟信号可以高度相似,可以等同于第二模拟信号。第一混叠信号和第二混叠信号可以高度相似。[0023] 可选地第混叠信号和第二混叠信号可以存在相位差。进一步地,第一混叠信号的相位和第二混叠信号的相位可以相差180°。可选地,第一混叠信号和第二混叠信号中的至少一个可以来自于压电片。可选地,可选地,第一混叠信号和第二混叠信号可以转换自相同信源的同一物理量。[0024] 可选地,第一模拟信号和第四模拟信号中的至少一个可以为电信号。进一步地,第一模拟信号和第四模拟信号中的至少一个可以是电压信号、电流信号、电阻信号、电容信号等。可选地,第一模拟信号和第四模拟信号中的至少一个可以是直流信号也可以是交流信号。[0025] 可选地,第一模拟信号和第四模拟信号中的至少一个可以为心跳信号或者体动信号。比如第一模拟信号可以是体动信号,第四模拟信号可以是心跳信号或者呼吸信号,或者二者的混叠。[0026] 第一电压基准112可以与第一混叠信号接收端111电连接,并可以为第一混叠信号提供电压偏置。第二电压基准122可以与第二混叠信号接收端121电连接,并可以为第二混叠信号提供电压偏置。[0027] 第一信号放大单元113可以与第一混叠信号接收端111电连接,并可以用于信号放大第一混叠信号,得到第一放大信号。第二信号放大单元123可以与第二混叠信号接收端121电连接,用于信号放大第二混叠信号,得到第二放大信号。[0028] 进一步地,第一电压基准112和第一信号放大单元113可以根据第一模拟信号的信号波动范围配置。可选地,第一电压基准112可以配置为第一信号放大单元113供电电压可以是第一电压基准112电压输出值的两倍。这样配置可以充分利用第一信号放大单元的最佳输出区间。比如,当第一信号放大单元113采用单电源供电时,第一电压基准112的电压值可以是第一信号放大单元113供电电源电压的一半。[0029] 第一电压基准112可以用于抬升第一混叠信号,使得抬升后的第一混叠信号的信号波动范围的中位值与第一信号放大单元113供电电压的中位值相当。可选地,第一电压基准112也可以抬升第一放大信号,使得第一放大信号的信号波动范围的中位值与第一信号放大单元113供电电压的中位值相当。[0030] 第二电压基准122和第二信号放大单元123可以根据第四模拟信号的信号波动范围配置。可选地,第二信号放大单元123供电电压可以配置为第二电压基准122输出电压的两倍。这样配置可以充分利用第二信号放大单元的最佳输出区间。比如,当第二信号放大单元123采用单电源供电时,第二电压基准122的电压值可以是第二信号放大单元123供电电源电压的一半。当第二信号放大单元123为双电源供电时,第二电压基准122的电压值可以是第二信号放大单元123正端供电电源电压和负端供电电源电压的均值。[0031] 第二电压基准122可以用于抬升第二混叠信号,使得第二混叠信号的信号波动范围的中位值与第二信号放大单元123供电电压的中位值相当。可选地,第二电压基准122也可以抬升第二放大信号,使得第二放大信号的信号波动范围的中位值与第二信号放大单元123供电电压的中位值相当。[0032] 进一步地,第一电压基准112的电压值可以与第一模拟信号的信号波动范围正相关;第二电压基准122的电压值可以与第四模拟信号的信号波动范围正相关。第一信号放大单元113的放大倍率可以与第一模拟信号的信号波动范围负相关;第二信号放大单元123的放大倍率可以与第四模拟信号的信号波动范围负相关。[0033] 模数转换单元13可以分别与第一信号放大单元113和第二信号放大单元123电连接。并可以用于采集第一放大信号和第二放大信号。可选地,模数转换单元13可以包括两个或者两个以上模数转换通道。进一步地,模数转换单元13可以包括较高精度模数转换通道和较低精度模数转换通道,分别用于采集第一放大信号和第二放大信号。比如可以利用较低精度模数转换通道采集第一放大信号,利用较高精度模数转换通道采集第二放大信号。[0034] 该两个或者两个以上模数转换通道的电压采集范围可以均相同,也可以各不相同。进一步地,较低精度模数转换通道的信号采集范围可以与第一信号放大单元113的供电电压匹配;较高精度模数转换通道的信号采集范围可以与第二信号放大单元123的供电电压匹配。[0035] 模数转换单元13可以采集第一放大信号作为所述第一模拟信号的采样值。当所述第一放大信号小于第一阈值时,模数转换单元13可以采集所述第二放大信号作为第四模拟信号的采样值。[0036] 可选地,电路1000还可以包括串联连接的第一电阻器和第二电阻器。第一混叠信号接收端111可以与第一电阻器电连接;第一电压基准112可以与第二电阻器电连接。第一信号放大单元113的输入端可以与第一电阻器和第二电阻器连接。[0037] 可选地,电路1000还可以包括串联连接的第三电阻器和第四电阻器。第二混叠信号接收端121可以与第三电阻器电连接;第二电压基准122可以与第四电阻器电连接。第二信号放大单元123的输入端可以与第三电阻器和第四电阻器连接。[0038] 进一步地,电路1000还可以包括第一跟随器,连接于第一混叠信号接收端111与第一电阻器之间。以及可以包括第二跟随器,连接于第二混叠信号接收端121与第三电阻器之间。[0039] 进一步地,电路1000还可以包括第一滤波器,连接于第一混叠信号接收端111与第一电阻器之间。以及可以包括第二滤波器,连接于第二混叠信号接收端121与第三电阻器之间。可选地,第一滤波器和第二滤波器中的至少一个可以包含双T阻容网路。[0040] 可选地,电路1000还可以包括第一过压保护器,与第一混叠信号接收端111连接。以及可以包括第二过压保护器,与第二混叠信号接收端121连接。[0041] 可选地,电路1000还可以包括:第2×N‑1信号接收端,接收第2×N‑1混叠信号,其中第2×N‑1混叠信号混叠第4×N‑3模拟信号和第4×N‑2模拟信号,所述第4×N‑3模拟信号的幅值范围大于所述第4×N‑2模拟信号的幅值范围,N为大于1的整数。第2×N‑1信号放大单元,放大所述第2×N‑1混叠信号,得到第2×N‑1放大信号。第2×N‑1电压基准,为所述第2×N‑1混叠信号提供偏置电压。第2×N信号接收端,接收第2×N混叠信号,其中第2×N混叠信号混叠所述第4×N‑1模拟信号和所述第4×N模拟信号。第2×N信号放大单元,放大所述第2×N混叠信号,得到第2×N放大信号。第2×N电压基准,为所述第2×N混叠信号提供偏置电压。模数转换单元,采集所述第2×N‑1放大信号作为所述第4×N‑3模拟信号的采样值,当所述第2×N‑1放大信号小于第一阈值时,所述模数转换单元采集所述第2×N放大信号作为所述第4×N模拟信号的采样值。[0042] 图2示出了本申请的另一实施例多信号并行采集电路的原理示意图。[0043] 如图2所示,第一混叠信号接收端211可以用于接收第一混叠信号Vin1_in。第一混叠信号接收端211可以包括用于连接外部传感器的端子或者其他接插件。其中,该外部传感器可以用于提供第一混叠信号Vin1_in。可选地,第一混叠信号接收端211也可以包括端子或者接插件的一部分。比如,第一混叠信号接收端211和第二混叠信号接收端221可以分别包括同一接插件的不同引脚。[0044] 如示例实施例所示,第一混叠信号接收端211分别连接第一混叠信号Vin1_in地GND。其中,该外部传感器可以是压电片。[0045] 如图2所示,第一混叠信号Vin1_in经第一电压基准VREF1提供偏置后,可以得到偏置后的第一混叠信号Vin1_in_buf。第一信号放大单元213可以用于对偏置后的第一混叠信号Vin1_in_buf进行放大,并得到第一放大信号Vin1_large_out。第一信号放大单元213可以包括运算放大器U2。如示例实施例所示,运算放大器U2可以利用电源VDD1和地GND组成的单电源供电,可选地运算放大器U2也可以利用正负双电源供电。[0046] 可选地,第一混叠信号Vin1_in的信号波动范围可以比较大,比如第一混叠信号Vin1_in的信号波动范围可以为±1V之间。为第一信号放大单元213供电的电源VDD1可以配置为24V。并可以配置第一电压基准VREF1为电源VDD1的一半,即12V,则经过第一电压基准VREF1提供偏置电压的偏置后的第一混叠信号Vin1_in_buf的信号波动范围可以是11~13V。[0047] 如图2所示,可选地,第一信号放大单元213可以包括由放大器U2、电阻器R6和电阻器R7组成的单端放大子电路。由于第一混叠信号Vin1_in的信号波动范围比较大,因而可以在前述单端放大子电路之后设置由电阻器R8和电阻器R9组成的衰减子电路。可选地,第一信号放大单元213也可以采用其他的拓扑结构。[0048] 可以配置电阻器R6和电阻器R7的比值为1:10,比如可以配置电阻器R6为10KΩ,电阻器|R7为100KΩ。此时,前述单端放大子电路的放大倍率为11。电阻器R6的另一端可以连接第一电压基准VREF1。此时,前述单端放大子电路为以第一电压基准VREF1参考点的放大电路。此时,运算放大器U2的输出端的信号波动范围可以是1~23V。[0049] 可以配置电阻器R8和电阻器R9衰减运算放大器U2的输出端的信号,得到第一放大信号Vin1_large_out。可以配置电阻器R8和电阻器R9的比例为10:1,则衰减子电路的衰减倍率为1/11。即第一信号放大单元213的总放大倍率可以为1。比如:可以配置电阻器R8为100KΩ,电阻器R9为10KΩ,则第一放大信号Vin1_large_out的信号波动范围可以为0.091~2.091V。可选地,也可以配置电容C5,与电阻器R7并联,用于降低噪声。电容C5的标称值可以为100pF。可以在运算放大器U2附近配置去耦电容(未示出),该去耦电容的标称值可以为0.1μF。[0050] 如图2所示,电路2000可以包括串联连接的第一电阻器R2和第二电阻器R1,用于实现第一混叠信号Vin1_in的电压偏置。如示例实施例所示,第一电阻器R2可以与第一混叠信号接收端211连接,第二电阻器R1可以与第一电压基准VREF1连接。第一电阻器R2和第二电阻器R1的连接点可以与第一信号放大单元213的输入端连接。可选地,可以配置第一电阻器R2为1KΩ,第二电阻器R1为1MΩ。可选地,也可以采用其他电路拓扑为第一混叠信号Vin1_in提供电压偏置。[0051] 如图2所示,可以在第一电阻器R2和第二电阻器R1的连接点与第一信号放大单元213的输入端之间设置第一跟随器215。可选地,第一跟随器215可以包括运算放大器U1。运算放大器U1的供电电源可以与第一信号放大单元213的供电电源相同,为电源VDD1。可以在运算放大器U1的附近配置去耦电容,该去耦电容的标称值可以是0.1μF。[0052] 如图2所示,可以在第一电阻器R2和第二电阻器R1的连接点与第一信号放大单元213的输入端之间设置第一滤波器216。可选地,第一滤波器216可以是无源滤波器,也可以是有源滤波器。可选地,第一滤波器216可以是高通滤波器、或者低通滤波器。第一滤波器216也可以是带通滤波器或者带阻滤波器。优选地是低通滤波器,以去除与体动、呼吸、心跳信号不相关的高频噪声。[0053] 可选地,第一滤波器216可以包括双T阻容网络。如示例实施例所示,第一滤波器216可以包括由电容器C1、电容器C2、电阻器R5以及电阻器R3、电阻器R4、电容器C3、电容器C4组成的双T网络。[0054] 其中,电容器C1、电容器C2和电阻器R5可以组成第一滤波器216的第一T型部分,其参考端可以为第一电压基准VREF1。即电阻器R5可以与第一电压基准VREF1连接。可选地,电容器C1、电容器C2可以均为150nF,电阻器R5可以为20KΩ。[0055] 电阻器R3、电阻器R4、以及并联连接的电容器C3和电容器C4可以组成第一滤波器216的第二T型部分。其参考端可以为地GND,即电容器C3和电容器C4可以连接地GND。可选地,电阻器R3和电阻器R4可以均为49KΩ,电容器C3和电容器C4可以均为150nF。[0056] 如图2所示,第一过压保护器214可以与第一混叠信号接收端211直接电连接。第一过压保护器214可以用于防止压电片输入过压,保护其后的电子器件,防止来自第一混叠信号接收端211的破坏性干扰破坏电路2000中的器件。破坏性干扰可以包括静电。如示例实施例所示,可选地,第一过压保护器214也可以包括两个二极管D1、D2分别连接电源VDD1和地GND。可选地,第一过压保护器214也可以包括TVS二极管、放电管、压敏电阻等器件。第一过压保护器214也可以采用其他拓扑结构。[0057] 如图2所示,第二混叠信号接收端221与第一混叠信号接收端211相似,第二过压保护器224可以与第一过压保护器214相似,不做赘述。如电路2000也可以包括第三电阻器R12和第四电阻器R11。第三电阻器R12和第四电阻器R11分别与第一电阻器R2和第二电阻器R1相似,不做赘述。第二跟随器225和第二滤波器226可以分别与第一跟随器215和第一滤波器216相似不做赘述。[0058] 如图2所示,第二信号放大单元223可以用于信号放大偏置后的第二混叠信号Vin2_in_buf,并得到第二放大信号Vin2_large_out。第二信号放大单元223可以包括运算放大器U4。如示例实施例所示,运算放大器U4可以利用电源VDD1和地GND组成的单电源供电,可选地运算放大器U4也可以利用正负双电源供电。[0059] 可选地,第二混叠信号Vin2_in的信号波动范围可以比较小,比如第二混叠信号Vin2_in的范围可以为±10mV之间。此时,为第二信号放大单元223供电的电源VDD1可以配置为3V。并可以配置第二电压基准VREF2为1.5V,则经过第二电压基准VREF2提供偏置的偏置后的第二混叠信号Vin2_in_buf的信号波动范围可以是1.49~1.51V。[0060] 第二信号放大单元223可以包括由放大器U4、电阻器R16和电阻器R17组成的单端放大子电路。可选地,第二信号放大单元223也可以采用其他的拓扑结构。可以配置电阻器R16和电阻器R17的比值为1:100。比如:可以配置电阻器R16为1KΩ,电阻器|R17为100KΩ。则该放大电路的放大倍率可以为101。电阻器R16的另一端可以连接第二电压基准VREF2。此时,该放大电路可以以第二电压基准VREF2为参考点。此时,偏置后的第二混叠信号Vin2_in_buf经该放大电路放大后,得到的第二放大信号Vin2_large_out的信号波动范围可以是0.49~2.51V。可选地,也可以配置电容C15,与电阻器R17并联,用于降低噪声。电容C15的标称值可以是100pF。以及可以在运算放大器U4附近配置去耦电容(未示出),该去耦电容的标称值可以为0.1μF。[0061] 由于第一放大信号Vin1_large_out的信号波动范围0.091~2.091V与第二放大信号Vin2_large_out的信号波动范围0.49~2.51V大体相当。因而可以利用模数转换单元(未示出)的同一模数转换通道分时地分别采集第一放大信号Vin1_large_out和第二放大信号Vin2_large_out。可选地,也可以利用不同的模数转换通道分别采集第一放大信号Vin1_large_out和第二放大信号Vin2_large_out。[0062] 图3示出了本申请的另一实施例电子装置的组成示意图。[0063] 如图3所示,电子装置3000可以包括:第一传感器321、第二传感器322和电路31。[0064] 其中,第一传感器321,与第一信源(未示出)耦合,把第一信源的预设物理量转换成第一混叠信号,其中第一混叠信号包括第一模拟信号和第二模拟信号的混叠,第一模拟信号的幅值范围大于第二模拟信号的幅值范围。其中,第一信源可以是人体的预设部位,预设物理量可以是人体预设部位向传感器传递的压力。第二传感器322也可以与第一信源耦合,把第一信源的预设物理量转换成第二混叠信号,其中第二混叠信号包括第三模拟信号和第四模拟信号的混叠。其中,第三模拟信号可以与第一模拟信号同源,第四模拟信号可以与第二模拟信号同源。第三模拟信号高度相似,可以等同于第一模拟信号。第四模拟信号可以与第二模拟信号高度相似,可以等同于第二模拟信号。第一混叠信号和第二混叠信号高度相似。[0065] 可选地,第一传感器321和第二传感器322中的至少一个可以是压电片,可以用于把由于体动、心跳和/或呼吸产生的压力转换为电信号。可选地,第一传感器321和第二传感器322可以设置于相同位置。如示例实施例所示,第一传感器321和第二传感器322可以分别设置于电路板33的同一位置的两面。第一传感器321和第二传感器322可以分别与支撑物341和342接触连接。[0066] 当支撑物341承受来自箭头方向的压力时,该压力可以通过传导作用可以同时传递给第一传感器321和第二传感器322。使得二者承受相同的压力作用。进而可以使得二者输出相同的或者相反(取决于接线方式)的电信号。[0067] 电路31为前述任意一种电路。电路31可以分别与第一传感器321和第二传感器322连接。分别采集来自第一传感器321的第一混叠信号和来自第二传感器322的第二混叠信号。[0068] 可选地,该第一模拟信号可以包括体动信号。第二模拟信号可以包括心跳信号、呼吸信号或者二者的混叠。[0069] 可选地,该电子装置还可以包括处理器(未示出)。处理器可以与电路31连接,获取第一模拟信号的采样值和第四模拟信号的采样值。处理器还可以根据第一模拟信号的采样值和第四模拟信号的采样值进行数字信号处理。比如可以从第四模拟信号中分离心跳信号和呼吸信号。处理器该可以根据体动信号、心跳信号和呼吸信号对人体的健康信息进行有效的分析。以及可以展示该分析的分析结果。[0070] 可选地,由第一传感器321和第二传感器322耦合相同的信源。因而,处理器可以利用电路31采集第一放大信号和第二放大信号,并根据第一放大信号的采样值和第二放大信号相互比照,判断第一传感器321是否故障。也可以根据该比照结果判断第二传感器322是否故障。由于第一混叠信号与第二混叠信号高度相似,而第二放大单元的放大倍率大于第一放大单元的放大倍率。因而,当第一放大信号出现一定幅度的信号波动时,第二放大信号一般会呈现方波信号。当电路31中的第一放大信号的出现一定幅度的波动时,如果此时第二放大信号不是方波,则可以判断第二传感器损坏。反之,如果第二放大信号呈方波状态,而第一放大信号没有足够的波动幅度,则可以确定第一传感器损毁。[0071] 通过上述方式可以对压电片这种易损件进行有效检测。从而可以有效判断电子装置3000是否正常工作,以及可以快速地进行故障定位。从而可以降低装置3000的维护成本。[0072] 可选地,装置3000还可以包括第2×N‑1传感器、第2×N传感器,分别用于提供第2×N‑1混叠信号和第2×N混叠信号。其中N为大于1的整数。其可选地,第2×N‑1传感器和第2×N传感器可以耦合第N信源。可选地该N个信源可以为人体呈矩阵形态的不同部位。该2×N个传感器可以呈两层的排布。[0073] 本申请还提供一种身体特征信号采集仪,包括,前述任意一种电子装置。采集矩阵排布的人体各点身体特征信号。可选地,该采集仪也可以包括垫子,与用户身体接触,并承载前述电子装置中的第一传感器和第二传感器。可选地,该垫子还可以承载前述垫子装置的其他传感器。可选地,该采集可以为床垫形式、坐垫形式、或者其他非穿戴体征信号检测装置。[0074] 利用上述电路、电子装置和床垫,可以通过灵活配置采集电路的信号放大倍率和偏置,从而可以实现利用相同的模拟量采集电路,采集多个信号幅度不同模拟量。从而可以降低成本,减少处理器的工作负担。[0075] 由于第一混叠信号包括第一模拟信号和第二模拟信号的混叠。且第一模拟信号的幅值范围大于第二模拟信号的幅值范围。因而第二模拟信号相对比较微弱容易受到干扰。在本申请中,同步产生第一混叠信号的孪生信号第二混叠信号。第二混叠信号包括第三模拟信号和第四模拟信号。其中三模拟信号等同于第一模拟信号,第四模拟信号等同于第二模拟信号。[0076] 在本申请中为第一混叠信号的信号处理和第二混叠信号的信号处理分别配置不同处理分支电路,分别针对第一模拟信号和等同于第二模拟信号的第四模拟信号进行信号处理,可以实现分别对两种信号更优化的处理。特别是在每个分支电路中,分别根据第一模拟信号和第二模拟信号幅值范围的不同,而定制化地采用不同的电压基准和放大倍率使得两种信号可以得到更优化的处理。[0077] 由于体动信号为偶发信号,在第一放大信号的幅值小于第一阈值时,可以认为体动信号并未产生。此时第一混叠信号和第二混叠信号中并不含由第一模拟信号(体动信号)。此时第二信号可以看做是单纯第二模拟信号的放大。此时采集到的第二放大信号就可以作为第二模拟信号的采样值。[0078] 相对于传统方案,上述电路省去了拓扑结构复杂的信号解耦电路和价格较贵的仪用放大电路。从而可以降低电路的复杂度和减低系统成本。特别是在上述电路应用于身体特征信号采集仪时,由该采集仪需要以阵列形式排布多个传感器,需要处理相对繁多的模拟信号。利用上述电路可以相对明显地降低该采集仪的系统复杂度、制造成本以及维护成本。[0079] 在上述方案中,由于采用两个传感器同时感知相同的物理量。因而该两个传感器输出的混叠信号一般高度相似。可以利用两个混叠信号相互比对确定两个传感器中的一个是否工作正常。通过上述方式可实现设备自检和快速故障定位。从而可以降低维护成本。[0080] 以上对本申请实施例进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时,本领域技术人员依据本申请的思想,基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处,都属于本申请保护的范围。例如各电子元件的示例性数值均可以根据实际需要而进行调整。各电路模块的具体拓扑结构也可以做出各种改变或替代。综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

专利地区:北京

专利申请日期:2020-09-30

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114600050B

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