CN103297031B - 相关双采样脑电信号采集读出电路及其读出方法 - Google Patents
相关双采样脑电信号采集读出电路及其读出方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103297031B CN103297031B CN201310144050.2A CN201310144050A CN103297031B CN 103297031 B CN103297031 B CN 103297031B CN 201310144050 A CN201310144050 A CN 201310144050A CN 103297031 B CN103297031 B CN 103297031B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- output
- voltage
- switch
- signal
- amplifier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
本发明提供了一种相关双采样脑电信号采集读出电路及其读出方法,用于可植入式生物脑电信号的处理。该读出电路包括抑制直流电压偏移的低噪声前置生物信号放大器和基于相关双采样的缓冲级输出器,通过微电极阵列得到的原始脑电信号由前置生物信号放大器放大后输入缓冲级输出器输出。该读出方法中设置前置生物信号放大器的‑3dB高通截止频率,抑制由微电极阵列带来的直流电压偏移,在缓冲级输出器对脑电信号和参考电压信号两次成功采样相减,消除噪声,输出高信噪比信号。本发明电路结构简单,输出有用的脑神经信号可以提高无线传输带宽的利用率,具有更好的消除噪声功能,输出的高信噪比信号可直接用于接下来的ADC转换。
Description
技术领域
本发明涉及用于可植入式生物脑电信号处理电路集成化设计领域,具体涉及低信噪比下基于相关双采样(Correlated Double Sampling,简称CDS)生物脑电信号采集的读出电路设计及其读出方法。
发明背景
自从1924年德国精神病学家Hans教授首次发现并记录到人脑有规则的电活动,脑电信号的研究和提取就一直得到生物医学和临床应用方面的高度重视。随着计算机科学和微电子技术的发展,使得处理提取的脑电信号称为可能,植入式脑-机交互研究也成为了新的科学热点,即将IC通过植入式多通道微电极阵列(MEA)与神经系统直接相连,能与一个或多个独立的神经元直接交互的技术。植入式脑-机交互的一个重要分支就是细胞外脑神经信号的记录(Neural Recording),通过利用外科手术将多通道微电极阵列选择性地植入到特定的神经组织区域,并采集神经元群的神经信号(如动作电位、局部场电位);这些采集到的原始神经信号经过处理与数据分析后,将传输至外部用于进一步的神经科学研究或者神经修复技术中。
在脑电信号提取系统中,由微电极阵列所探测到的胞外脑电信号比较微弱,包含有用信息的脑电信号即spike幅值大约为50-500μV,并且伴有一定的电极直流失调和系统噪声,在进行处理的过程中必须减少各种干扰的影响,所以作为第一级信号处理电路的前置生物放大器的性能尤为重要,且直接会影响到整个脑电信号提取系统的表现。对于要求将整个脑电信号提取电路系统集成于植入式脑-机接口芯片上,前置生物放大器设计必须考虑到以下要求:1、具有足够低的噪声,以获得更高的系统信噪比;2、降低功耗,以增加系统续航能力;3、减小芯片面积;4、抑制直流失调,防止放大器输入饱和;5、具有更高的共模抑制比和电源电压抑制比。随着脑神经信号采集系统的通道数增加,所需要的无线传输带宽变得越来越大,进行系统设计时必须考虑到如何更加高效率地利用有限的无线传输带宽,措施之一就是通过信号检测的控制,只是输出有用的脑电信号即spike段,而非整个脑电信号。这个工作可以由缓冲级输出电路来完成。在考虑到抑制各种噪声源的同时,更好地输出高信噪比的放大信号,并使得设计结构简单,达到更低的功率消耗和占用更小的芯片面积成为了缓冲级输出电路的必要设计要求。
对于现有技术的生物脑电信号读出电路,一般都是放大输出整个脑电信号,而输出的生物脑电信号都需要经过后期处理以及A/D转化,因此大量的冗余信息使得系统的后期处理以及无线发射数据量增加,对于有限的无线传输带宽,不仅利用率低,也影响到信号采集通道数的增加,同时缓冲级输出电路本身可能具有较低的噪声,但是并不能抑制电路本身和输入信号带来的噪声,使得输出信号质量差。现有的生物脑电信号读出电路虽然能够完成对生物脑电信号的采集,但由于设计结构复杂,功耗太大,都很难实现更多通道的植入式芯片集成使用。
发明内容
本发明针对现有脑电信号读出电路的不足,如何进一步抑制电路本身噪声源、提高植入式脑电信号处理电路的可集成化程度和脑电信号的高效率传输等问题,提出了相关双采样脑电信号采集读出电路及其读出方法。本发明设计结构简单,输出有用的脑电信号,可以提高无线传输带宽的利用率,具有更好的消除噪声功能,输出的高信噪比信号可直接用于接下来的ADC转换。
本发明提供的相关双采样脑电信号读出电路主要包括:抑制直流电压偏移的低噪声前置生物信号放大器和基于相关双采样技术的缓冲级输出器。通过微电极阵列得到的原始脑电信号,由前置生物信号放大器放大后,再通过缓冲级输出器输出。
前置生物信号放大器包括前馈通路和有源负反馈电路,前馈通路包括运算放大器A1、电容C3和二极管连接的等效电阻Req,有源负反馈电路包括运算放大器A2、电容C1、C2和C4。微电极阵列中的电极的输出作为前置生物信号放大器的输入,输入端连接电容C3的左极板,电容C3的右极板连接运算放大器A1的反向输入端,运算放大器A1的差分输出端作为输出Vout+和Vout-。在运算放大器A1的反向输入端和正向输出端之间串联有等效电阻Req。在运算放大器A2的反向输入端和运算放大器A1的反向输出端之间串联有电容C1,在运算放大器A2的反向输入端和输出端之间串联有电容C2,在运算放大器A2的输出端和运算放大器A1的反向输出端之间串联有电容C4。
缓冲级输出器包括:信号电压开关M1、参考电压开关M2、控制开关M3、保持开关M4、输出电平控制开关M5、缓冲器Buffer、取样电容C21和C22。信号电压开关M1控制信号电压的输入,参考电压开关M2控制参考电压的输入;控制开关M3由外部信号检测单元的输出电平控制,当信号检测单元检测前置生物信号放大器有脑电信号输出时,输出高电平,控制开关M3导通,缓冲级输出器输出信号,反之控制开关M3关闭,缓冲级输出器无输出信号。缓冲器Buffer的输入端连接信号电压开关M1和参考电压开关M2,缓冲器Buffer的输出端连接控制开关M3的左端;保持开关M4用于将输出端复位为固定零电平。控制开关M3的右端连接取样电容C21和C22的左极板,电容C21的右极板接地,电容C22的右极板连接保持开关M4的左端和输出电平控制开关M5。
本发明提出的一种相关双采样脑电信号采集读出方法,基于上述的脑电信号采集读出电路,具体步骤如下:
第一步:由微电极阵列中的每个电极得到原始脑电信号,将原始脑电信号输入前置生物信号放大器。所述的前置生物信号放大器的高通截止频率其中,AM表示通带增益,通过调节电阻Req,控制前置生物信号放大器的高通截止频率fH达到-3dB。
第二步:在控制开关M3导通时,前置生物信号放大器输出的脑电信号输入缓冲级输出器,输出电平控制开关M5保持导通,缓冲级输出器在保持阶段,导通信号电压开关M1、控制开关M3和保持开关M4,断开参考电压开关M2,此时电容C21和C22接地,信号电压Vsig通过源跟随器对C21、C22充电,使得C21的左极板和C22左极板的电压Va变为信号电压Vsig,输出电压Voutput=0;然后,断开信号电压开关M1,缓冲级输出器进入取样阶段,取样开始后,断开保持开关M4,再导通参考电压开关M2,输入参考电压Vref,电压Va变为Vref,输出电压Voutput=Vref-Vsig。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:
(1)本发明的读出电路及读出方法中,采用的低噪声前置生物信号放大器可以很好地抑制由微电极阵列读出带来的直流失调,高频截止频率通过可控电阻值调节,可以有效覆盖脑电信号频率,在更加简单的结构下实现了低功耗设计;
(2)本发明的读出电路及读出方法中,采用基于相关双采样技术的缓冲级输出器,通过外部信号检测模块的控制,输出有效的生物脑电信号,提高了有限的无线传输带宽的利用率,而且实现了更好的噪声消除,输出的高信噪比信号可以直接用于接下来的ADC转换;
(3)本发明的相关双采样脑电信号采集读出电路整体结构简单,很好地解决了信号输出过程中噪声干扰和有效率用无线传输带宽的问题。
附图说明
图1是本发明提出的脑电信号采集读出电路的结构示意图;
图2(a)是本发明的前置生物信号放大器的电路原理图;
图2(b)是本发明的前置生物信号放大器的等效分析电路原理图;
图3(a)是本发明的缓冲级输出器的电路原理图;
图3(b)是本发明的缓冲级输出器中各个开关的工作时序图;
图4(a)是输入本发明的脑电信号采集读出电路的脑电信号的一个实施例示意图;
图4(b)是对图4(a)的输入信号经过本发明的脑电信号采集读出电路的输出信号示意图;
图5是本发明的缓冲级输出器的噪声分析等效电路图;
图6(a)是不带相关双采样的Buffer电路的等效输入噪声仿真结果;
图6(b)是本发明缓冲级输出器的等效输入噪声仿真结果。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将结合附图进行说明。
如图1所示,本发明提供相关双采样脑电信号读出电路主要包括:抑制直流电压偏移的低噪声前置生物信号放大器(Preamplifier)1和基于相关双采样技术的缓冲级输出器(Buffer With CDS)2。原始的脑电信号(Raw signal)通过微电极阵列得到,并由低噪声前置生物信号放大器1放大,通过带有相关双采样电路的缓冲级输出器2输出。本发明提供的低噪声前置生物信号放大器1可以很好的抑制由微电极阵列带来的直流电压偏移,缓冲级输出器2由外部控制信号选择输入信号段,并通过对输入的放大生物信号和参考信号的两次成功采样相减,达到消除噪声,输出高信噪比信号。相对于现有的读出电路,本发明设计结构简单,输出有用的脑电信号可以提高无线传输带宽的利用率,具有更好的消除噪声功能,输出的高信噪比信号可直接用于接下来的ADC转换。
如图2(a)所示,为前置生物信号放大器1的电路原理图,运算放大器A1、电容C3和电阻Req构成前置生物信号放大器1的前馈通路。电阻Req为由二极管MR1和MR2连接组成的等效电阻。运算放大器A2、电容C1、C2和C4形成放大器1的有源负反馈电路。前置生物信号放大器1的输入Vin连接微电极阵列的电极,差分输出分别为Vout+和Vout-。电容C3的一个电极连接输入Vin,另外一个电极连接运算放大器A1的反向输入端,在运算放大器A1的反向输入端和正向输出端之间串联有等效电阻Req,运算放大器A1的正向输入端接地。在运算放大器A2的反向输入端和输出端之间串联有电容C2,在运算放大器A2的反向输入端和运算放大器A1的反向输出端之间串联有电容C1,在运算放大器A2的输出端和运算放大器A1的反向输出端之间串联有电容C4,运算放大器A2的正向输入端接地。运算放大器A1的正向输出端和反向输出端作为差分输出Vout+和Vout-。
通过对电路镜像复制,整个前置生物信号放大器1可以很容易地设计成全差分结构,从而获得更高的共模抑制比和电源电压抑制比。图2(b)为图2(a)所示的前置生物信号放大器1的等效分析电路原理图,微分器F1代表前置生物信号放大器的前馈通路,由A1、C3和Req组成,其传输函数为:F1(s)=-sReqC3,s表示拉普拉斯变化中的变量,代表复频;运算放大器A2和电容C1、C2构成反向放大器模块G,其传输函数为:G(s)=-C1/C2,反馈放大器模块G的输出作为反馈信号输入由C4、Req和A1构成的微分器F2,F2的传输函数为F2(s)=-sReqC4。由于输入有源负反馈电路的信号来自于前置生物信号放大器1的反相输入端,所以在图2(b)中以一个负增益表示。整个电路有两个反馈结构套嵌组成。电容C1、C2构成内层无源反馈,而电容C1、C2和A2一起构成了外层有源反馈。整个前置生物信号放大器1的基本原理是:输入的脑信号通过输入端Vin进入微分器F1。通过微分器F1的传输函数公式F1(s)=-sReqC3可知,其频率特性等效为高通滤波器,所以夹杂在输入信号中的直流失调将被滤除。但是随着频率的升高,微分器响应也将会无限增加,从而无法获得稳定的通带增益。因此,需要有源反馈电路实现对微分器F1传输函数的修正,降低其高频响应,使放大器在信号带宽范围获得恒定的增益。反相放大器G的增益被设置为小于1,所以前置生物信号放大器1的输出Vout的信号在被缩小后作为修正信号与原输出相减,从而降低放大器微分器F1的高频响应。最终整个前置生物信号放大器1的高频增益实现稳定。根据图2(b)可以得到在理想条件下前置生物信号放大器1的传输函数为:
当频率持续增加时可以得到前置生物信号放大器1的通带增益AM将保持恒定,与频率无关:
由前置生物信号放大器1中的传输函数可知前置生物信号放大器1的-3dB高通截止频率fH为:
由于脑电信号频率可低至10Hz以下,需要很低的-3dB高通截止频率。通过公式可知,高通截止频率和通带增益、电阻Req和电容C3相关。通带增益无法随意改变,而增大电容C3将会增大电路面积,所以调节电阻Req可以最直接有效地控制高通截止频率。
如图3(a)所示,给出了基于相关双采样下的缓冲级输出器2的电路原理图,同时结合图3(b)给出的MOS管等效的控制开关时序图来说明。
图3(a)所示的缓冲级输出器2包括:信号电压开关M1、参考电压开关M2、控制开关M3、保持开关M4、输出电平控制开关M5、缓冲器Buffer、取样电容C21和C22。信号电压开关M1控制信号电压的输入。参考电压开关M2控制参考电压的输入。控制开关M3由外部信号检测单元的输出电平SL控制,信号检测单元的输出电平SL为高电平时,说明有脑电信号(spike)输出,控制开关M3导通,缓冲级输出器2输出信号,反之控制开关M3关闭,缓冲级输出器2无输出信号。保持开关M4用于将输出端复位为固定零电平。输出电平控制开关M5,在电路工作期间可视为开关闭合。信号电压开关M1、参考电压开关M2、控制开关M3、保持开关M4和输出电平控制开关M5都是MOS管等效开关。前置生物信号放大器1的输出作为缓冲级输出器2的输入,缓冲级输出器2的信号输入端in连接由时钟信号S1控制的MOS管等效开关M1的左端,M1右端连接Buffer电路的输入,参考信号端Vref连接由S2时钟信号控制的MOS管等效开关M2的左端,M2右端连接Buffer电路的输入,Buffer电路的输出连接由SL时钟信号控制的MOS管等效开关M3的左端,M3的右端连接取样电容C21和C22的左极板,电容C21的右极板接地,电容C22的右极板连接由S3时钟信号控制的MOS管等效开关M4的左端和由Sel时钟信号控制的MOS管等效开关M5的左端,开关M4的右端接地,开关M5的右端为输出信号端。电容C21和C22同开关M1、M2共同构成了延迟单元。电路主要工作在两个阶段,保持阶段和取样阶段。
1、保持阶段,信号电压开关M1导通,参考电压开关M2断开,控制开关M3导通,M4导通,M5导通,C21、C22电容接地,信号电压通过源跟随器对C21、C22充电,使得C21的左极板和C22左极板的电压Va变为信号电压Vsig,即Va=Vsig,图3(a)中A点处的电压即为Va,此时输出端短路到地,输出电压为零:Voutput=0,图3(a)中B点处的电压即为Voutput;随后开关M1断开,其他开关不变,保持阶段结束,取样阶段开始。控制开关的时钟信号处于高电平时,对应的开关导通,否则断开。如图3(b)所示,在保持阶段,时钟信号S1处于高电平,时钟信号S2处于低电平,时钟信号S3处于高电平。所述的信号电压Vsig就是前置生物信号放大器1输出的脑电信号的电压。
2、取样阶段,保持阶段末,信号电压开关M1断开,参考电压开关M2断开,控制开关M3导通,保持开关M4导通,输出电平控制开关M5导通,随后,取样开始,开关M4断开,其他开关不变,此时输出端悬空,电容C22右极板无电荷流入流出,此时输出电压紧跟随Va电压变化,之后,开关M2导通,输入参考电压Vref,此时,Va由电压Vsig变为Vref,同时输出电压Voutput=Vref-Vsig;采样结束后,开关M1导通,M2关闭,M4导通,进入下一个周期,如此循环。如图3(b)所示,在取样阶段开始阶段,时钟信号S1处于低电平,时钟信号S2处于低电平,时钟信号S3处于高电平;之后,时钟信号S3变为低电平,然后时钟信号S2变为高电平。图3(b)中T表示一个循环周期,λ表示采样阶段的时间,也是图5中所示的延迟时间。
如图4(a)给出了原始的脑电信号,图4(b)为原始的脑电信号通过本发明提供的读出电路后的瞬态测试结果,图中,横坐标表示时间,单位为毫秒,纵坐标表示脑电信号的电压值,图4(a)的电压的单位为毫伏(mV),图4(b)的电压的单位为伏(V)。由图中可以看出,采用本发明方法能够有效地得到放大的spike脑电信号。
如图5所示,为缓冲级输出器2的等效噪声分析图,假设缓冲级输出器2的等效输入噪声源为Vin2,则输入噪声源Vin2通过缓冲器Buffer电路,得到的信号与经由时间λ延迟后的信号相减,得到了输出信号噪声Vout2,通过此过程进行缓冲级输出电路的噪声分析,设输入信号噪声源Vin2的自相关函数为Rin(τ)、功率谱密度为Sin(f),输出信号噪声Vout2的自相关函数为Rout(τ)、功率谱密度为Sout(f),τ表示自相关函数的变量,f是功率谱密度函数的变量,表示频率。这里假设缓冲器Buffer电路只有一个输出极点且在分析频段以外,由图5及上述分析过程知:
Vout2(t)=Vin2(t)-Vin2(t-λ) (4)
对式(4)两边求自相关函数可得如下:
Rout(τ)=2Rin(τ)-Rin(τ-λ)-Rin(τ+λ) (5)
其中λ为延迟时间,对式(5)两边求傅里叶变换可得到输入输出的功率谱密度如下:
Sout(f)=2[1-2cos(2πfλ)]Sin(f)=4sin2(2πfλ)Sin(f) (6)
如图6(a)为不带相关双采样的Buffer电路等效输入噪声仿真结果,图6(b)为基于相关双采样的缓冲级输出电路的等效输入噪声仿真结果,其中,横坐标表示频率,单位为Hz;纵坐标为电压/频率Hz的开方,单位为V/sqrt(Hz)。从图6(a)和图6(b)对比可以看出,在低频段,图6(b)中基于相关双采样的缓冲级输出电路的等效输入噪声得到了很好的抑制,图6(b)中从频率10kHz附近开始出现震荡,随着频率的增加,等效输入噪声出现了边下降边震荡的现象,这是因为在缓冲级输出电路的等效分析中,延迟时间λ=2.5μs,由式(6)可知,输出噪声功率谱密度为输入噪声功率谱密度乘以一个所谓的保持因子即4sin2(2πfλ),当频率相对很小的时候,保持因子的值接近于零,可以推断输出噪声功率谱密度为一个很小的值,随着频率的增加,当f*λ的值接近于0.25时,保持因子4sin2(2πfλ)逐渐接近于4,随着频率的继续增加,由于正弦函数的特性,保持因子开始随着频率震荡增加或者减小,最大值为4,最小值为0,并且震荡加剧。由以上分析过程可知,输出功率谱密度在低频段得到了很好的抑制,随着频率逐渐接近于100kHz,输出功率谱密度开始上升,在100kHz处达到最大值为4Sin(f),之后开始震荡,理论分析与仿真结果相吻合。
本发明提出了一种基于相关双采样技术下具有噪声消除的生物脑电信号读出电路,设计结构简单,不仅有效的提高了无线传输带宽的利用率,而且可以更好的抑制电路本身带来的各种噪声源,适用于多通道脑电信号的植入式芯片集成。
本发明提出的具有噪声消除的相关双采样脑电信号采集读出方法,基于本发明所提出的脑电信号采集读出电路,具体步骤如下:
第一步:由微电极阵列中的每个电极得到原始脑电信号,将原始脑电信号输入前置生物信号放大器1;根据式(1)~(3)可知,通过调节电阻Req,控制前置生物信号放大器1的高通截止频率fH达到-3dB。
原始脑电信号不仅包含有电极带来的直流失调,且往往包含其他不同电极的干扰信息和大量的背景噪音,信号幅度大约为50-500μV,工作在100mHz-10kHz的频率范围内,经由本发明提供的低噪声前置放大器1适当放大原始的脑电信号,同时很好地抑制掉直流失调。
第二步:在控制开关M3导通时,前置生物信号放大器1输出的脑电信号输入缓冲级输出器2,输出电平控制开关M5保持导通。缓冲级输出器2在保持阶段,导通信号电压开关M1、控制开关M3和保持开关M4,断开参考电压开关M2,此时电容C21和C22接地,信号电压Vsig通过源跟随器对C21、C22充电,使得C21的左极板和C22左极板的电压Va变为信号电压Vsig,输出电压Voutput=0。然后,断开信号电压开关M1,缓冲级输出器进入取样阶段,取样开始后,断开保持开关M4,再导通参考电压开关M2,输入参考电压Vref,电压Va变为Vref,输出电压Voutput=Vref-Vsig。
由前置生物信号放大器1得到的放大脑电信号幅度适中,其中有用的脑电信号即spike可以很好地由缓冲级输出器2进行识别,通过外部检测电路的控制,spike输入缓冲级电路,并通过开关M1、M2的断开和导通对输入信号和参考信号在一定的时间间隔下两次成功采样并相减到达噪声消除的目的,输出高信噪比的有用脑电信号。
Claims (4)
1.一种相关双采样脑电信号采集读出电路,其特征在于,包括抑制直流电压偏移的低噪声前置生物信号放大器和基于相关双采样技术的缓冲级输出器;通过微电极阵列得到的原始脑电信号,由前置生物信号放大器放大后,再通过缓冲级输出器输出;
所述的前置生物信号放大器包括前馈通路和有源负反馈电路,前馈通路包括运算放大器A1、电容C3和二极管连接的等效电阻Req,有源负反馈电路包括运算放大器A2、电容C1、C2和C4;微电极阵列中的电极的输出作为前置生物信号放大器的输入,输入端连接电容C3的左极板,电容C3的右极板连接运算放大器A1的反向输入端,运算放大器A1的差分输出端作为输出Vout+和Vout-;在运算放大器A1的反向输入端和正向输出端之间串联有等效电阻Req;在运算放大器A2的反向输入端和运算放大器A1的反向输出端之间串联有电容C1,在运算放大器A2的反向输入端和输出端之间串联有电容C2,在运算放大器A2的输出端和运算放大器A1的反向输出端之间串联有电容C4;
所述的缓冲级输出器包括:信号电压开关M1、参考电压开关M2、控制开关M3、保持开关M4、输出电平控制开关M5、缓冲器、取样电容C21和C22;信号电压开关M1控制信号电压的输入,参考电压开关M2控制参考电压的输入;控制开关M3由外部信号检测单元的输出电平控制,当信号检测单元检测前置生物信号放大器有脑电信号输出时,输出高电平,控制开关M3导通,缓冲级输出器输出信号,反之控制开关M3关闭,缓冲级输出器无输出信号;缓冲器的输入端连接信号电压开关M1和参考电压开关M2,缓冲器的输出端连接控制开关M3的左端;保持开关M4用于将输出端复位为固定零电平;控制开关M3的右端连接取样电容C21和C22的左极板,电容C21的右极板接地,电容C22的右极板连接保持开关M4的左端和输出电平控制开关M5。
2.根据权利要求1所述的脑电信号采集读出电路,其特征在于,所述的前置生物信号放大器的-3dB高通截止频率fH为:
其中,AM表示通带增益,通过调节电阻Req控制高通截止频率。
3.根据权利要求1所述的脑电信号采集读出电路,其特征在于,所述的缓冲级输出器包括两个工作阶段:保持阶段和取样阶段;在保持阶段,信号电压开关M1导通,参考电压开关M2断开,控制开关M3导通,保持开关M4导通,输出电平控制开关M5导通,电容C21和C22接地,信号电压通过源跟随器对C21、C22充电,使得C21的左极板和C22左极板的电压Va变为信号电压Vsig,输出电压Voutput=0;然后,信号电压开关M1断开,进入取样阶段,取样开始后,保持开关M4断开,此时输出电压跟随电压Va变化,之后,参考电压开关M2导通,输入参考电压Vref,电压Va变为Vref,同时输出电压Voutput=Vref-Vsig。
4.一种基于权利要求1所述的脑电信号采集读出电路的脑电信号采集读出方法,其特征在于,包括如下步骤:
第一步:由微电极阵列中的每个电极得到原始脑电信号,将原始脑电信号输入前置生物信号放大器;所述的前置生物信号放大器的高通截止频率其中,AM表示通带增益,通过调节电阻Req,控制前置生物信号放大器的高通截止频率fH达到-3dB;
第二步:在控制开关M3导通时,前置生物信号放大器输出的脑电信号输入缓冲级输出器,输出电平控制开关M5保持导通,缓冲级输出器在保持阶段,导通信号电压开关M1、控制开关M3和保持开关M4,断开参考电压开关M2,此时电容C21和C22接地,信号电压Vsig通过源跟随器对C21、C22充电,使得C21的左极板和C22左极板的电压Va变为信号电压Vsig,输出电压Voutput=0;然后,断开信号电压开关M1,缓冲级输出器进入取样阶段,取样开始后,断开保持开关M4,再导通参考电压开关M2,输入参考电压Vref,电压Va变为Vref,输出电压Voutput=Vref-Vsig。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310144050.2A CN103297031B (zh) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | 相关双采样脑电信号采集读出电路及其读出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310144050.2A CN103297031B (zh) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | 相关双采样脑电信号采集读出电路及其读出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103297031A CN103297031A (zh) | 2013-09-11 |
CN103297031B true CN103297031B (zh) | 2017-02-22 |
Family
ID=49097440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310144050.2A Expired - Fee Related CN103297031B (zh) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | 相关双采样脑电信号采集读出电路及其读出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103297031B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104545902B (zh) * | 2015-01-30 | 2019-07-30 | 中国科学院电子学研究所 | 4段流水线数字信号处理器及采用其的无线片上系统芯片 |
DE102016221692B3 (de) * | 2016-11-04 | 2017-12-07 | Sivantos Pte. Ltd. | Verfahren zum Betrieb eines Hörgeräts |
CN109645978B (zh) * | 2019-01-29 | 2021-02-23 | 北京大学 | 一种脑部探针读出电路 |
CN113493735B (zh) * | 2020-04-02 | 2023-06-16 | 成都今是科技有限公司 | 基因测序阵列结构和基因测序装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4287441A (en) * | 1979-03-30 | 1981-09-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Correlated double sampling CCD video preprocessor-amplifier |
US6950137B1 (en) * | 1999-03-16 | 2005-09-27 | Nec Corporation | Noise reduction circuit for charge coupled imaging device |
CN102068251A (zh) * | 2011-01-24 | 2011-05-25 | 北京航空航天大学 | 脑电信号的可植入式前端采集器及其构造方法 |
CN102447848A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-05-09 | 中国科学院半导体研究所 | Cmos图像传感器全局曝光像素单元 |
-
2013
- 2013-04-23 CN CN201310144050.2A patent/CN103297031B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4287441A (en) * | 1979-03-30 | 1981-09-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Correlated double sampling CCD video preprocessor-amplifier |
US6950137B1 (en) * | 1999-03-16 | 2005-09-27 | Nec Corporation | Noise reduction circuit for charge coupled imaging device |
CN102068251A (zh) * | 2011-01-24 | 2011-05-25 | 北京航空航天大学 | 脑电信号的可植入式前端采集器及其构造方法 |
CN102447848A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-05-09 | 中国科学院半导体研究所 | Cmos图像传感器全局曝光像素单元 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103297031A (zh) | 2013-09-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3111835B1 (en) | Sensing device with array of microelectrodes | |
CN103297031B (zh) | 相关双采样脑电信号采集读出电路及其读出方法 | |
US10778165B2 (en) | High dynamic range sensing front-end for neural signal recording systems | |
CN100423688C (zh) | 抑制工频共模干扰的方法及装置 | |
US20180303364A1 (en) | Multi-Channel Scalable EEG Acquisition System on a Chip with Integrated Patient Specific Seizure Classification and Recording Processor | |
Rieger | Variable-gain, low-noise amplification for sampling front ends | |
CN103405228A (zh) | 一种便携式心电及表面肌电测量装置 | |
CN104298962A (zh) | 指纹检测装置和方法 | |
AU2019224826A2 (en) | Apparatus for treating neurological disorders by electro-stimulation and method for processing neural signals collected by the said apparatus | |
CN110840454B (zh) | 一种脑电信号采集装置和方法 | |
CN105100657B (zh) | 一种带基线调整的可变增益相关双采样电路 | |
US20230218236A1 (en) | Signal processing circuits and methods | |
CN114533087B (zh) | 一种基于斩波技术消除电极间直流偏移的方法及系统 | |
CN109303556B (zh) | 一种高通量植入式神经信号无线传输装置 | |
Abdelhalim et al. | 64-channel UWB wireless neural vector analyzer and phase synchrony-triggered stimulator SoC | |
CN109528191A (zh) | 一种颅内脑电生理信号检测与放大系统及方法 | |
Tang et al. | A 16-channel TDM analog front-end with enhanced system CMRR for wearable dry EEG recording | |
CN102832927A (zh) | 适合于cmos工艺实现的植入式am发射方法及系统 | |
CN115664405A (zh) | 基于电流域频分复用的多通道模拟前端传感接口电路 | |
Yang et al. | A multi-parameter bio-electric ASIC sensor with integrated 2-wire data transmission protocol for wearable healthcare system | |
CN110299899A (zh) | 信号采集装置、方法、充电设备、车载控制设备及电动汽车 | |
CN217793077U (zh) | 一种信号采集电路及干电极 | |
CN114903499A (zh) | 一种脑机接口信号处理系统及装置 | |
CN117439605A (zh) | 一种基于采样时分复用的并行生物电信号采集架构及方法 | |
Aziz et al. | 256-channel integrated neural interface and spatio-temporal signal processor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170222 Termination date: 20180423 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |