CN105911496A - 一种人体阻抗测量的片上校准电路以及校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人体阻抗测量的片上校准电路及校准方法，该校准电路包括：人体阻抗测量电路，集成在芯片上；至少两个校准电阻，其通过多路选择开关连接至人体阻抗测量电路，以进行阻抗测量；非易失性存储器，用于存放校准参数。本发明通过校准电阻与多路选择开关结合连接至人体阻抗测量电路，简化了芯片引脚个数和系统电路板，降低整个人体阻抗测量系统的BOM成本和测试成本，并且不会影响到校准精度。
Description
技术领域
本发明属于阻抗测量领域，特别是一种适用于人体交流阻抗测量的校准装置及方法。
背景技术
近年随着人们生活水平的提高，对自身的健康状况日益关注。例如，人们除了关注自己的体重之外，还进一步开始关注人体脂肪的含量，从而可以更加准确的把握自身的胖瘦程度。技术上测量脂肪含量有多种方法，例如经典的水下称重法，CT扫描法，以及人体阻抗测量法。
人体阻抗测量的方法的基本原理是人体脂肪含水极小，因此相对于人体其他组织其阻抗很高；通过测量人体阻抗可以大致判断人体脂肪和非脂肪组织的比例，从而推算脂肪含量。
通过施加电流激励在人体组织的两端，再提取该两端的电压信号，从而获得人体阻抗对应的电压信号，但是要从电压转换为阻值，则还必须通过和标准电阻进行校准，确定电压-电阻转换系数，才能得到电阻值。因此传统的做法是，在电路板上放置两个标准电阻，然后芯片通过多路开关来选通不同的标准电阻来进行校准。参加图1所示，为一种在先的交流人体阻抗测量校准方式，具有人体阻抗测量功能的芯片101通过三个IO口(例如IO口102)，接电路板上的标准电阻R10和R11。这种方法的优点是可以选择精度较高的标准电阻从而使得校准的精度高，但缺点是增加了芯片外围器件，增加了芯片引脚，以及电路板面积，最终提高了BOM成本。另外的做法是，将用于标准电阻内置在芯片内部，但问题是芯片内部的电阻随着工艺的偏差将出现很大的变化，通常可以达到±20％，因此精度很难保证。如果要使得芯片内部电阻做准，则需要增加修调电路，在芯片测试进行修调。但要达到±1％的电阻修调精度，代价非常大，成本非常高昂。
例如专利申请201510827402.3所公开的一种高频测量人体阻抗的电子秤，该电子秤，包括秤板、按键单元、称重单元、人体抗阻测量单元、微控制器单元、显示单元和校准存储单元，按键单元、称重单元、人体抗阻测量单元、显示单元、校准存储单元同时与微控制器单元电连接，并设有电源为整个电路供电，其特征在于，所述的秤板为非导电材料，人体抗阻测量单元包括对应设在秤板的下方对应人体两脚的两块电极、一个以运算放大器为核心的交流放大电路，当脚站在秤板的上方，两脚与金属板电极之间形成两个电容，形成的两个电容分别与微控制器单元和交流放大电路电连接。其是利用电极对人体阻抗进行测量，但是该测量只是一个通用的测量方法，并不能提供准确地测量结果，同时，该测量所需要的元器件较多，成本也较高。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种人体阻抗测量的片上校准电路以及校准方法，该校准电路以及校准方法可以降低系统成本和芯片成本，且不会损失校准精度。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种人体阻抗测量的片上校准电路，其特征在于该校准电路包括：
人体阻抗测量电路，集成在芯片上；
至少两个校准电阻，其通过多路选择开关连接至人体阻抗测量电路，以进行阻抗测量；
非易失性存储器，用于存放校准参数。
所述芯片，为具有人体阻抗测量功能的芯片。
进一步，所述两个校准电阻，其通过多路选择开关并联至人体阻抗测量电路。
更进一步，所述两个校准电阻具有整数比例关系；优选地，所述整数比例为2。
具体地说，具有人体阻抗测量功能芯片内部集成了人体阻抗测量电路，两个校准电阻R20和R21，以及非易失性存储器OTP；其中校准电路R20和R21的一端通过多路选择开关204连接到人体阻抗测量电路，另一端则通过开关205接入人体阻抗测量电路，进行阻抗的测量。
R20和R21通常取值为1000欧姆和2000欧姆。
一种人体阻抗测量的片上校准方法，该方法采用具有人体阻抗测量功能的芯片进行测量和校准，其特征在于该方法包括如下步骤：
101、测试两个校准电阻的阻值；
102、启动人体阻抗测量功能，得到上述两个校准电阻对应的电压值；
103、利用上述两个电压值和对应的两个电阻值计算得到电压-电阻转换增益因子和失调因子；
104、进行校准。
该方法在实现过程中有校准程序及测试程序实现的人体阻抗测量校准方法两种情况，这两种情况执行起来稍有区别。
具体地说，对于校准程序实现的人体阻抗测量校准方法，其步骤如下：
步骤S101:在芯片测试环节测试两个校准电阻R20和R21的阻值；
步骤S102:将两个阻值RR20和RR21写入芯片自带的非易失性存储器(OTP)202中，用于后续的校准计算；
步骤S103:启动芯片的人体阻抗测量功能得到上述两个校准电阻R20和R21对应的电压值分别为VR20,VR21；
步骤S104:根据上述两个电压值和对应的两个电阻值计算得到电压-电阻转换增益因子Kb和失调因子Vos。
步骤S105:在获得了Kb和Vos后，将Kb和Vos用于的人体阻抗测量中进行校准。
进一步，所述增益因子Kb和失调因子Vos，是通过下列公式计算获得的：
Kb＝[(VR21-Vos)-(VR20-Vos)]/(RR21-RR20)
Vos＝VR20-Kb·RR20。
对于测试程序实现的人体阻抗测量校准方法，其步骤如下：
步骤S201:在芯片测试环节测试两个校准电阻R20和R21的阻值；
步骤S202:启动芯片的人体阻抗测量功能，得到上述两个校准电阻R20和R21对应的电压值分别为VR20,VR21；
步骤S203:根据上述两个电压值和对应的两个电阻值计算得到电压-电阻转换增益因子Kb和失调因子Vos；
步骤S204:将电压-电阻转换增益因子和失调因子写入芯片非易失性存储器中；
步骤S205:进行校准。
本发明实现的校准电路及校准方法，通过校准电阻与多路选择开关结合连接至人体阻抗测量电路，简化了芯片引脚个数和系统电路板，降低整个人体阻抗测量系统的BOM成本和测试成本，并且不会影响到校准精度。
附图说明
图1是现有技术的人体阻抗测量电路校准电路图。
图2是本发明所实施的人体阻抗测量校准电路的电路图。
图3是基于芯片校准程序的校准流程图。
图4是基于芯片测试程序的校准流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图2，图中所示为本发明实现的人体阻抗测量校准电路的实施例200。在该校准电路中，包含有芯片201，芯片201则内部集成了人体阻抗测量电路BIM 203(BIM为现有的芯片型号)，校准电阻R20和R21，以及非易失性存储器OTP 202；校准电路R20和R21可通过多路选择开关204以及开关205接入BIM 203模块，进行阻抗的测量。R20和R21通常取值为1000欧姆和2000欧姆。
电路的实现非常简单，仅仅通过校准电阻与多路选择开关结合连接至人体阻抗测量电路，简化了芯片引脚个数和系统电路板。
参见图3所示，为基于芯片自身校准程序进行人体阻抗测量电路校准的校准方法的控制步骤。
步骤S101:在芯片测试环节测试两个校准电阻R20和R21的阻值分别为RR20，RR21；虽然R20和R21设计值分别为1000欧姆和2000欧姆，但由于芯片制造工艺的离散性，实际电阻值将RR20在800～1200欧姆之间、RR21在1600～2400欧姆之间。但是芯片制造工艺电阻的比例可以做得很准，通过合理的版图设计，RR20/RR21的误差可以做到在0.1％以内。总之，不同的芯片之间RR20和RR21的值将可能差别很大，但RR20/RR21基本等于0.5，因此芯片测试时，针对每一片芯片都测试RR20和RR21的值。简化地，可以只测RR20或RR21，从固有比例来推测另外一个电阻的阻值。
步骤S102:将两个阻值RR20和RR21写入芯片自带的非易失性存储器(OTP)202中，用于后续的校准计算。
步骤S103:启动芯片的人体阻抗测量功能得到上述两个校准电阻R20和R21对应的电压值分别为VR20,VR21。
步骤S104:校准程序根据上述两个电压值和对应的两个电阻值计算得到电压-电阻转换增益因子Kb和失调因子Vos。
在获得了Kb和Vos后，就可以将Kb和Vos用于后续实际的人体阻抗测量中了。
以上校准程序通过两个电阻值以及对应的电压值来获得增益因子和失调因子的方法有不止一种，以下简述其中一种。
VR20、VR21以及RR20、RR21的关系可以用以下两式表达：
VR20＝Kb·RR20+Vos
VR21＝Kb·RR21+Vos
联立以上两式，解方程可知：
Kb＝[(VR21-Vos)-(VR20-Vos)]/(RR21-RR20)
Vos＝VR20-Kb·RR20
另外，Vos还可以通过BIM测量内短(开关206闭合)电压来获得。
参见附图4，所示为基于芯片测试程序进行人体阻抗测量电路校准的校准方法的实现步骤，在该方法中在芯片测试阶段就获得Kb和Vos值。
步骤S201:在芯片测试环节测试两个校准电阻R20和R21的阻值分别为RR20，RR21。
步骤S202:启动芯片的人体阻抗测量功能得到上述两个校准电阻R20和R21对应的电压值分别为VR20,VR21。
步骤S203:芯片测试程序根据上述两个电压值和对应的两个电阻值计算得到电压-电阻转换增益因子Kb和失调因子Vos。
步骤S204:将Kb和Vos写入芯片自带的非易失性存储器(OTP)202中，用于后续的阻抗测量。
只要后续启动人体阻抗测量功能，就会自动读取OTP中的Kb和Vos，用于测量的校准。
总之，本发明实现的校准电路及校准方法，能够简化了芯片引脚个数和系统电路板，降低整个人体阻抗测量系统的BOM成本和测试成本，并且不会影响到校准精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种人体阻抗测量的片上校准电路，其特征在于该校准电路包括：
人体阻抗测量电路，集成在芯片上；
至少两个校准电阻，其通过多路选择开关连接至人体阻抗测量电路，以进行阻抗测量；
非易失性存储器，用于存放校准参数。
2.如权利要求1所述的人体阻抗测量的片上校准电路，其特征在于所述两个校准电阻，其通过多路选择开关并联至人体阻抗测量电路。
3.如权利要求2所述的人体阻抗测量的片上校准电路，其特征在于所述两个校准电阻具有整数比例关系。
4.如权利要求2所述的人体阻抗测量的片上校准电路，其特征在于具有人体阻抗测量功能芯片内部集成了人体阻抗测量电路，两个校准电阻R20和R21，以及非易失性存储器OTP；其中校准电路R20和R21的一端通过多路选择开关204连接到人体阻抗测量电路，另一端则通过开关205接入人体阻抗测量电路，进行阻抗的测量。
5.如权利要求4所述的人体阻抗测量的片上校准电路，其特征在于R20和R21通常取值为1000欧姆和2000欧姆。
6.一种人体阻抗测量的片上校准方法，该方法采用具有人体阻抗测量功能的芯片进行测量和校准，其特征在于该方法包括如下步骤：
101、测试两个校准电阻的阻值；
102、启动人体阻抗测量功能，得到上述两个校准电阻对应的电压值；
103、利用上述两个电压值和对应的两个电阻值计算得到电压-电阻转换增益因子和失调因子；
104、进行校准。
7.如权利要求6所述的人体阻抗测量的片上校准方法，其特征在于对于校准程序实现的人体阻抗测量校准方法，其步骤如下：
步骤S101:在芯片测试环节测试两个校准电阻R20和R21的阻值；
步骤S102:将两个阻值RR20和RR21写入芯片自带的非易失性存储器中，，用于后续的校准计算；
步骤S103:启动芯片的人体阻抗测量功能得到上述两个校准电阻R20和R21对应的电压值分别为VR20,VR21；
步骤S104:根据上述两个电压值和对应的两个电阻值计算得到电压-电阻转换增益因子Kb和失调因子Vos；
步骤S105:在获得了Kb和Vos后，将Kb和Vos用于的人体阻抗测量中进行校准。
8.如权利要求7所述的人体阻抗测量的片上校准方法，其特征在于所述增益因子Kb和失调因子Vos，是通过下列公式计算获得的：
Kb＝[(VR21-Vos)-(VR20-Vos)]/(RR21-RR20)
Vos＝VR20-Kb·RR20。
9.如权利要求6所述的人体阻抗测量的片上校准方法，其特征在于对于测试程序实现的人体阻抗测量校准方法，其步骤如下：
步骤S201:在芯片测试环节测试两个校准电阻R20和R21的阻值；
步骤S202:启动芯片的人体阻抗测量功能，得到上述两个校准电阻R20和R21对应的电压值分别为VR20,VR21；
步骤S203:根据上述两个电压值和对应的两个电阻值计算得到电压-电阻转换增益因子Kb和失调因子Vos；
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步骤S205:进行校准。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160831 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |