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1. (WO2018036212) PRECISION MEASUREMENT CIRCUIT FOR MICRO SIGNALS
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微信号精密测量电路

技术领域

[0001] 本实用新型涉及信号测量的技术领域,尤其涉及一种微信号精密测量电路。

背景技术

[0002] 微信号的放大是信号测量和计量的基础,对于 50mV以内的微小信号,无法直 接用于 AD采样等芯片,必须通过信号测量电路检中的放大电路将信号放大后才 能测量出来。微信号测量往往是信号测量中的难点, 50mV以内的微小信号很难 被信号测量电路检测得到。一般地,生物传感器(例如体征监测生物传感器中 的血糖、体温、心率生物传感器等)输出的生物电信号都比较微弱,由于被测 生物电信号很弱,因此必须通过放大电路将被测生物电信号放大后才能测量出 来。现有信号测量设备中的放大电路对微弱信号进行放大吋,现有信号测量电 路往往会产生温度漂移现象而造成较强的信号干扰,导致微弱的生物电信号则 会被淹没在干扰信号之中,导致造成微弱的被测生物电信号的测量结果不准确 ,甚至无法测量出微弱的被测生物电信号。

技术问题

[0003] 本实用新型的主要目的在于提供一种微信号精密测量电路,旨在解决现有信号 测量电路无法准确测量出微弱信号的问题。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 为实现上述目的,本实用新型提供了一种微信号精密测量电路,包括第一生物 传感器、第二生物传感器、第三生物传感器、第四生物传感器、第一差分放大 器、第二差分放大器、第三差分放大器、 ADC放大芯片以及单片机,所述 ADC 放大芯片包括放大电路芯片以及 ADC电路芯片,其中:

[0005] 所述第一差分放大器的第一输入端连接至第一生物传感器,第一差分放大器的 第二输入端连接至第二生物传感器;

[0006] 所述第二差分放大器的第一输入端连接至第三生物传感器,第二差分放大器的 第二输入端连接至第四生物传感器;

[0007] 所述第一差分放大器的输出端连接至第三差分放大器的第一输入端,第二差分 放大器的输出端连接至第三差分放大器的第二输入端;

[0008] 所述第三差分放大器的输出端连接至所述放大电路芯片的输入端,所述放大电 路芯片的输出端连接至 ADC电路芯片的输入端,所述 ADC电路芯片的输出端连 接至所述单片机。

[0009] 优选的,所述第一差分放大器包括两个第一电阻、两个第二电阻以及第一晶体 三极管。

[0010] 优选的,所述第一差分放大器的其中一个第一电阻串联至第一晶体三极管的第 一输入端,所述第一差分放大器的其中另一个第一电阻串联至第一晶体三极管 的第二输入端,所述第一差分放大器的其中一个第二电阻的一端连接至第一晶 体三极管的第一输入端且该第二电阻的另一端连接至第一晶体三极管的输出端 ,所述第一差分放大器的其中另一个第二电阻的一端连接至第一晶体三极管的 第二输入端且该第二电阻的另一端连接至接地线。

[0011] 优选的,所述第二差分放大器包括两个第一电阻、两个第二电阻以及第一晶体 三极管。

[0012] 优选的,所述第二差分放大器的其中一个第一电阻串联至第一晶体三极管的第 一输入端,所述第二差分放大器的其中另一个第一电阻串联至第一晶体三极管 的第二输入端,所述第二差分放大器的其中一个第二电阻的一端连接至第一晶 体三极管的第一输入端且该第二电阻的另一端连接至第一晶体三极管的输出端 ,所述第二差分放大器的其中另一个第二电阻的一端连接至第一晶体三极管的 第二输入端且该第二电阻的另一端连接至接地线。

[0013] 优选的,所述第三差分放大器包括两个第三电阻、两个第四电阻以及第二晶体 三极管。

[0014] 优选的,所述第三差分放大器的其中一个第三电阻串联至第二晶体三极管的第 一输入端,所述第三差分放大器的其中另一个第三电阻串联至第二晶体三极管 的第二输入端,所述第三差分放大器的其中一个第四电阻的一端连接至第二晶 体三极管的第一输入端且该第四电阻的另一端连接至第二晶体三极管的输出端 ,所述第三差分放大器的其中另一个第四电阻的一端连接至第二晶体三极管的 第二输入端且该第四电阻的另一端连接至接地线。

[0015] 优选的,所述第一生物传感器用于感测第一波长红外光照射在目标检测对象上 产生的第一微信号,第二生物传感器用于感测第二波长红外光照射在目标检测 对象上产生的第二微信号,第三生物传感器用于感测第三波长红外光照射在目 标检测对象上产生的第三微信号,第四生物传感器用于感测第四波长红外光照 射在目标检测对象上产生的第四微信号。

发明的有益效果

有益效果

[0016] 相较于现有技术,本实用新型所述微信号精密测量电路采用上述技术方案,取 得了如下的技术效果:通过获取四路微弱的特征电信号并通过多级差分放大器 进行差分运算并进行高倍数放大得到测量特征信号,从而能够准确测量出微弱 的特征电信号。

对附图的简要说明

附图说明

[0017] 图 1是本实用新型微信号精密测量电路优选实施例的电路结构示意图。

[0018] 本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说 明。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0019] 为更进一步阐述本实用新型为达成上述目的所采取的技术手段及功效,以下结 合附图及较佳实施例,对本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效进 行详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型, 并不用于限定本实用新型。

[0020] 如图 1所示,图 1是本实用新型微信号精密测量电路优选实施例的电路结构示意 图。在本实施例中,所述微信号精密测量电路 1包括第一生物传感器 2、第二生 物传感器 3、第三生物传感器 4、第四生物传感器 5、第一差分放大器 11、第二差 分放大器 12、第三差分放大器 13、 ADC (数模转换)放大芯片 14以及单片机 15 。第一差分放大器 11的第一输入端连接至第一生物传感器 2,第一差分放大器 11 的第二输入端连接至第二生物传感器 3,第二差分放大器 12的第一输入端连接至 第三生物传感器 4,第二差分放大器 12的第二输入端连接至第四生物传感器 5。 第一差分放大器 11的输出端连接至第三差分放大器 13的第一输入端,第二差分 放大器 12的输出端连接至第三差分放大器 13的第二输入端,第三差分放大器 13 的输出端连接至所述 AD放大芯片 14的输入端, ADC放大芯片 14的输出端连接至 单片机 15。

[0021] 所述第一生物传感器 2用于从目标检测对象获取第一微信号,第二生物传感器 3 用于从目标检测对象获取第二微信号,第三生物传感器 4用于从目标检测对象获 取第三微信号,第四生物传感器 5用于从目标检测对象获取第四微信号。在本实 施例中,通过分别使用四种不同波长的红外光照射到目标检测对象上,因此, 第一微信号是第一生物传感器 2感测到第一波长红外光照射在目标检测对象上产 生的特征电信号,第二微信号是第二生物传感器 3感测到第二波长红外光照射在 目标检测对象上产生的特征电信号,第三微信号是第三生物传感器 4感测到第三 波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号,第四微信号是第四生物 传感器 5感测到第四波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号。本实 施例通过获取四种不同波长的红外光照射到目标检测对象上的四种微信号,并 对四种微信号进行多级差分运算并放大即可测量出目标检测对象的测量特征信 号。例如,需要测量人体血糖浓度吋,分别使用四种不同波长的红外光照射到 人体血糖测量部位(目标检测部位),即可通过四个生物传感器分别获得四种 微弱的血糖浓度电信号,再通过所述微信号精密测量电路 1进行多级差分运算并 放大即可得到人体血糖浓度信号,并输出至单片机 5进行后续的血糖浓度分析。

[0022] 在本实施例中,第一差分放大器 11和第二差分放大器 12均包括两个第一电阻 R1 、两个第二电阻 R2以及一个第一晶体三极管 Ql。第一差分放大器 11的其中一个 第一电阻 R1串联至第一晶体三极管 Q1的第一输入端,第一差分放大器 11的其中 另一个第一电阻 R1串联至第一晶体三极管 Q1的第二输入端;第一差分放大器 11 的其中一个第二电阻 R2的一端连接至第一晶体三极管 Q1的第一输入端且该第二

电阻 R2的另一端连接至第一晶体三极管 Ql的输出端,第一差分放大器 11的其中 另一个第二电阻 R2的一端连接至第一晶体三极管 Q1的第二输入端且该第二电阻 R2的另一端连接至接地线。第二差分放大器 12的其中一个第一电阻 R1串联至第 一晶体三极管 Q1的第一输入端,第二差分放大器 12的其中另一个第一电阻 R1串 联至第一晶体三极管 Q1的第二输入端;第二差分放大器 12的其中一个第二电阻 R 2的一端连接至第一晶体三极管 Q1的第一输入端且该第二电阻 R2的另一端连接至 第一晶体三极管 Q1的输出端,第二差分放大器 12的其中另一个第二电阻 R2的一 端连接至第一晶体三极管 Q1的第二输入端且该第二电阻 R2的另一端连接至接地 线。

[0023] 第一差分运放器 11用于从第一生物传感器 2获取第一微信号并从第二生物传感 器 3获取第二微信号,以及将第一微信号和第二微信号通过该第一差分运放器 11 的放大倍数进行差分运算并放大得到第一差分信号。所述第二差分放大器 12用 于从第三生物传感器 4获取第三微信号并从第四生物传感器 5获取第四微信号, 以及将第三微信号和第四微信号通过该第二差分放大器 12的放大倍数进行差分 运算并放大得到第二差分信号。第一差分放大器 11的放大倍数等于第一差分放 大器 11中的第二电阻 R2和第一电阻 R1的电阻值的比值,第二差分放大器 12的放 大倍数与第一差分放大器 11的放大倍数相等。

[0024] 在本实施例中,第一差分放大器 11的温度系数 K1由第一差分放大器 11中的第二 电阻 R2和第一电阻 R1的温度系数确定。可以理解,所述某一个电阻的温度系数 是指当温度改变 1°C吋该电阻的电阻值的相对变化值,单位为 ppm :。例如,第 一电阻 R1的温度系数表示为 QCR1=?R1

/R1??T,第二电阻 R2的温度系数表示为 QCR2=?R2 /R2??T,其中, QCR1为第一 电阻 R1的温度系数, QCR2为第二电阻 R2的温度系数,? T为温度变化值,? R1是 指在温度变化下第一电阻 R1的电阻变化值,? R2是指在温度变化下第二电阻 R2的 电阻变化值, /代表除法运算,?代表乘法运算。在实际应用吋,温度系数通常采 用平均温度系数,且有负温度系数、正温度系数及在某一特定温度下电阻只会 发生突变的临界温度系数。所述第一差分放大器 11的温度系数 K1等于第二电阻 R 2的温度系数 QCR2与第一电阻 R1的温度系数 QCR1的比值,即: Kl= QCR2/

QCR1。所述第二差分放大器 12的温度系数与第一差分放大器 11的温度系数相等

[0025] 在本实施例中,第三差分放大器 13包括两个第三电阻 R3、两个第四电阻 R4以 及一个第二晶体三极管 Q2。第三差分放大器 13的其中一个第三电阻 R3串联至第 二晶体三极管 Q2的第一输入端,其中另一个第三电阻 R3串联至第二晶体三极管 Q2的第二输入端;第三差分放大器 13的其中一个第四电阻 R4的一端连接至第二 晶体三极管 Q2的第一输入端且另一端连接至第二晶体三极管 Q2的输出端,其中 另一个第四电阻 R4的一端连接至第二晶体三极管 Q2的第二输入端且另一端连接 至接地线。

[0026] 所述第三差分放大器 13用于将第一差分信号和第二差分信号通过该第三差分放 大器 13的放大倍数进行差分运算并放大得到测量特征信号。在本实施例中,所 述第三差分放大器 13的放大倍数等于第三差分放大器 13中的第四电阻 R4和第三 电阻 R3的电阻值的比值。所述第三差分放大器 13的温度系数 K2由第三差分放大 器 13中的第四电阻 R4和第三电阻 R3的温度系数确定。例如,第三电阻 R3的温度 系数表示为 QCR3=?R3 /R3??T,第四电阻 R4的温度系数表示为 QCR4=?R4 /R4??T,其中, QCR3为第三电阻 R3的温度系数, QCR4为第四电阻 R4的温度系 数,? T为温度变化值,? R3是指在温度变化下第三电阻 R3的电阻变化值,? R4是 指在温度变化下第四电阻 R4的电阻变化值, /代表除法运算,?代表乘法运算。所 述第三差分放大器 13的温度系数 K2等于第四电阻 R4的温度系数 QCR4与第三电阻 R3的温度系数 QCR3的比值,即: K2= QCR4/ QCR3。

[0027] 在本实施例中,所述 ADC放大芯片 14包括,但不仅限于,放大电路芯片 141和 ADC电路芯片 142。所述放大电路芯片 141的输入端连接至第三差分放大器 13的 输出端,所述放大电路芯片 141的输出端连接至 ADC电路芯片 142的输入端,所 述 ADC电路芯片 142的输出端连接至所述单片机 15。所述放大电路芯片 141用于 将所述测量特征信号通过该放大电路芯片 141的放大倍数进行信号放大后输出至 ADC电路芯片 142,该 ADC电路芯片 142用于将放大后的测量特征信号进行数模 转换并输出至单片机 15,以便进行后续的信号测量分析。

[0028] 在本实施例中,所述放大电路芯片 141为现有技术中的放大电路组成,所述 AD C电路芯片 142均为现有技术中的数模转换电路组成。本领域技术人员可以理解 的是,所述放大电路芯片 141的放大倍数为该放大电路芯片 141的固有特定值, 即该放大电路芯片 141固有的放大属性,但在工作吋会受到该放大电路芯片 141 的温度系数 K3产生温度漂移的影响。所述放大电路芯片 141的温度系数 K3为该放 大电路芯片 141固有的温度特性,其反映该放大电路芯片 141在工作温度变化的 情况下造成放大电路芯片 141发生温度漂移的严重程度。所述放大电路芯片 141 随着工作温度变化会产生温度漂移现象对测量特征信号产生信号干扰,从而导 致测量特征信号被淹没在干扰信号之中,因此无法准确地测量出测量特征信号 。在本实施例中,通过确定第一差分放大器 11和第二差分放大器 12中的第一电 阻 R1和第二电阻 R2的温度系数,以及通过确定第三差分放大器 13中的第三电阻 R3和第四电阻 R4的温度系数,使得第一差分放大器 11的温度系数 K1和第三差分 放大器 13的温度系数 K2的乘积与所述放大电路芯片 141的温度系数 K3大小相等且 符号相反,因此使得第一差分放大器 11和第三差分放大器 13产生的温度漂移对 信号干扰的影响与放大电路芯片 141产生的温度漂移对信号干扰的影响相互抵消 ,从而能够消除微弱信号在高倍数放大电路进行信号放大吋所遇到的温度漂移 产生的信号干扰,提高测量微弱信号的准确性。

[0029] 以上仅为本实用新型的优选实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡 是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换,或直接 或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围 内。

工业实用性

[0030] 相较于现有技术,本实用新型所述微信号精密测量电路采用上述技术方案,取 得了如下的技术效果:通过获取四路微弱的特征电信号并通过多级差分放大器 进行差分运算并进行高倍数放大得到测量特征信号,从而能够准确测量出微弱 的特征电信号。