CN107294497B - 转换电路、心跳电流信号转换装置及方法、心跳检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于集成电路领域，公开了心跳电流信号转换装置，包括转换器，用于将调制光信号转换为电流信号后传输出去；混频器，用于将电流信号中的心跳电流信号和背景光电流信号进行变频，然后将电流信号中的调制光电流信号、变频后的心跳电流信号和背景光电流信号传输出去；全差分积分器用于将输入的调制光电流信号、变频后的心跳电流信号和变频后的背景光电流信号分别进行正积分和反积分，然后输出电压信号。本发明实施例提供的全差分积分器能够提高心跳电流信号转换装置对共模噪声的抑制、线性度、输出动态范围。而且，由于心跳电流信号转换装置环路始终形成闭环，因此对下级电路可以直接输出，省去输出缓冲电路，从而降低功耗。

Description

转换电路、心跳电流信号转换装置及方法、心跳检测系统

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种转换电路、心跳电流信号转换装置及转换方法、心跳检测系统。

背景技术

在光电式心跳检测系统中，转换电路是核心部分之一，它的作用是将调制在时钟频率上的心跳电流信号下变频到零频，然后再通过跨阻放大器将心跳电流信号转换成电压信号，之后送给后续电路进行处理。因此转换电路的功耗、噪声、线性度、输出动态范围等性能好坏严重制约了整个心跳检测系统的性能。目前的转换电路一般有单端和先混频再积分两种形式。

若采用单端形式的转换电路结构，通常需要先把调制在时钟频率上的心跳电流信号转换成电压信号，然后再将电压信号下变频至零频。由于心跳电流信号非常小，因此为了得到合适大小的电压信号需要跨阻放大器能提供一个非常大的跨阻，从而增加了转换电路的噪声。而且使用单端形式，共模噪声干扰将影响跨阻放大器的输出，也进一步增加了转换电的噪声。

若采用先混频再积分的转换电路结构，虽然解决了因为大跨阻带来的噪声和共模噪声干扰问题，但是由于电路偏置电压导致其工作动态范围较小，特别在深亚微米工艺下，这个问题将更明显。而且转换电路带宽随信号变化而变化，再加上寄生电容的影响，因此其线性度较低。

因此，现有的心跳电流信号转换电路存在大跨阻带来的噪声、共模噪声干扰、工作动态范围小、线性度差等诸多问题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种转换电路、心跳电流信号转换装置及转换方法、心跳检测系统，用于解决现有心跳电流信号转换电路存在大跨阻带来的噪声、共模噪声干扰、工作动态范围小、线性度差的问题。

本发明第一方面提供一种转换电路，包括全差分积分器和混频器；

所述混频器，用于将输入的电流信号进行变频，然后将得到的变频电流信号输出至所述全差分积分器；

所述全差分积分器，用于对输入的所述变频电流信号进行积分，将积分后的所述变频电流信号进行转换后，输出电压信号。

本发明第二方面提供一种心跳电流信号转换装置，包括如上所述的转换电路和转换器；

所述转换器，用于将调制光信号转换为电流信号后传输至所述混频器；所述调制光信号包含有调制的心跳光信号；

所述混频器，用于将电流信号中的心跳电流信号变频至零频，将电流信号中的背景光电流信号变频至时钟频率，然后将电流信号中的调制光电流信号、变频后的心跳电流信号和变频后的背景光电流信号传输至所述全差分积分器；

所述全差分积分器，用于将输入的所述调制光电流信号、所述变频后的心跳电流信号和所述变频后的背景光电流信号交替进行正积分和反积分，然后进行转换后输出调制光电压信号和心跳电压信号。

本发明第三方面提供一种心跳电流信号转换方法，包括：

接收调制光信号，然后将所述调制光信号转换为电流信号；所述调制光信号包含有调制的心跳光信号；所述电流信号包括调制光电流信号、心跳电流信号和背景光电流信号；

将所述心跳电流信号变频至零频，将所述背景光电流信号变频至时钟频率；

将所述调制光电流信号、变频后的心跳电流信号和变频后的背景光电流信号交替进行正积分和反积分，然后进行转换后输出调制光电压信号和心跳电压信号。

本发明第四方面提供一种心跳检测系统，包括上述的心跳电流信号转换装置。

从上述本发明实施例可知，本发明实施例提供的全差分积分器能够提高心跳电流信号转换装置对共模噪声的抑制、线性度、输出动态范围。另一方面，心跳电流信号转换装置环路始终形成闭环，因此对下级电路可以直接输出，省去输出缓冲电路，从而降低功耗。同时，因为负载电容接在了全差分积分器的输出两端，因此等效负载电容可以翻倍，从而获得相同噪声带宽所需要的电容面积小了一倍。此外，本发明实施例提供的心跳电流信号转换装置提供了标准的差分输出接口，易于后级电路的链接。同时本发明提供的心跳检测系统可以实现抑制共模噪声、提高线性、增加输出摆幅、降低功耗、节约电路成本等。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种转换电路的结构示意图。

图2是本发明实施例一提供的一种全差分积分器的结构示意图。

图3是本发明实施例一提供的运算放大器的结构示意图。

图4是本发明实施例二提供的一种转换方法的流程图。

图5是本发明实施例三提供的一种心跳电流信号转换装置的结构示意图。

图6是本发明实施例三提供的一种心跳电流信号转换装置的详细结构示意图。

图7是本发明实施例三提供的一种心跳电流信号转换装置的结时序示意图。

图8是本发明实施例四提供的一种心跳电流信号转换装置的结构示意图。

图9是本发明实施例四提供的自举电路的结构示意图。

图10是本发明实施例五提供的共模负反馈电路的结构示意图。

图11是本发明实施例六提供的一种心跳电流信号转换方法的流程图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例一提供的一种转换电路，包括全差分积分器和混频器；

所述混频器，用于将输入的电流信号进行变频，然后将得到的变频电流信号输出至所述全差分积分器；

所述全差分积分器，用于对输入的所述变频电流信号进行积分，将积分后的所述变频电流信号进行转换后，输出电压信号。

在本实施例提供的转换电路中，能够将输入的电路信号进行变频、积分和转换后输出电压信号，本实施例能够有效率滤除其他干扰信号，得到实际所需要的电压信号。

图2示出了本发明实施例一提供的一种全差分积分器，包括运算放大器201、第一反馈电容C_F1、第二反馈电容C_F2、、第一复位开关S_F1和第二复位开关S_F2；

第一反馈电容C_F1连接于运算放大器201的反相输入端V_IN和正输出端V_OP之间；第二反馈电容C_F2连接于运算放大器201的正相输入端V_IP和负输出端V_ON之间；第一复位开关S_F1的第一端连接运算放大器201的反相输入端V_IN，第一复位开关S_F1的第二端连接运算放大器201的正输出端V_OP；第二复位开关S_F2的第一端连接运算放大器201的正相输入端V_IP，第二复位开关S_F2的第二端连接运算放大器201的负输出端V_ON。

进一步地，所述全差分积分器还包括连接于运算放大器的正输出端V_OP和负输出端V_ON之间的负载电容C_L。在本实施例中，负载电容C_L为优选方案，目的是为了限制运算放大器201的噪声带宽，根据实际需要进行取舍，在此不做限制。

本发明还提供了如图4所示的一种转换方法，包括：

接收电流信号，然后将所述电流信号进行变频得到变频电流信号；

对所述变频电流信号进行积分，将积分后的所述变频电流信号进行转换，输出电压信号。

上述实施例提供的全差分积分器适用于集成电路领域，能够提高心跳检测电路中转换电路对共模噪声抑制、线性度、输出动态范围，并降低了电路的功耗、成本及与后级电路级联的难度。在本实施例中，运算放大器为如图3所示的折叠共源共栅结构的运算放大器，使用单机结构可以降低功耗，并且易于控制输出噪声电压。

基于上述实施例提供的转换电路，如图5所示，为本发明实施例三提供的一种心跳电流信号转换装置，包括转换电路和转换器；

所述转换器，用于将调制光信号转换为电流信号后传输至所述混频器；所述调制光信号包含有调制的心跳光信号。心跳光信号就是LED的光照射在人体上放射回来的光信号，调制光中包含了调制光信号和调制在调制中光心跳相关的光信号。

所述混频器，用于将电流信号中的心跳电流信号变频至零频，将电流信号中的背景光电流信号变频至时钟频率，然后将电流信号中的调制光电流信号、变频后的心跳电流信号和变频后的背景光电流信号传输至所述全差分积分器。因为在实际应用中，当转换器在将调制光信号转换为电流信号的过程中，容易将混杂进入的背景光信号也同时进行了转换，因此，转换器实际上是转换了调制光信号、调制光中包含有的调制的心跳光信号及背景光信号，所以转换器转换生成的电流信号中包含了调制光电流信号、心跳电流信号及背景光电流信号。在本实施例中混频器的主要作用就是将混杂进入的背景光电流信号进行变频处理，以保证电流信号中的调制光电流信号、变频后的心跳电流信号和变频后的背景光电流信号输入全差分积分器后，全差分积分器能够将背景光滤除。

所述全差分积分器，用于将输入的所述调制光电流信号、所述变频后的心跳电流信号和所述变频后的背景光电流信号交替进行正积分和反积分，然后进行转换后输出调制光电压信号和心跳电压信号。在本实施例中，全差分积分器的作用是将输入的电流信号交替进行积分(包括正积分和反积分)，用以放大低频的心跳信号，滤除高频的背景光信号，然后在滤除背景光信号后，将经过正积分和反积分后获得的调制光电流信号和心跳电流信号分别进行转换，将电流信号转换为电压信号，得到调制光电压信号和心跳电压信号后输出。

在本发明提供的第三实施例中，在实施例一的基础上加入转换器，能够将调制了心跳信号的调制光转换成电流信号后输入所述转换电路，所述转换电路将所述电流信号先进行变频，然后进行积分和转换后输出调制光电压信号和心跳电压信号用于后续的心跳检测中，有效的放大了低频的心跳信号，滤除了高频的背景光信号。

如图6所示，所述转换器包括光敏二极管D；光敏二极管D的阳极接地，光敏二极管D的阴极连接所述混频器。

所述混频器包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4；

第一开关S1的第一端连接外接共模电源V_CM，第一开关S1的第二端通过第三开关S3连接所述转换器；第二开关S2的第一端连接外接共模电源V_CM，第二开关S2的第二端通过第四开关S4连接所述转换器；所述全差分积分器的反相输入端V_IN连接于第一开关S1和第三开关S3之间，所述全差分积分器的正相输入端V_IP连接于第二开关S2和第四开关S4之间。第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4均为场效应管。

在图6所示的电路中，电容C_PD为光敏二极管D的寄生结电容，开关S1～S4构成了混频器，运算放大器201、反馈电容C_F1、反馈电容C_F2、复位开关S_F1和复位开关S_F2构成了全差分积分器。其中，φ和

是两相非交叠时钟信号，以φ表示第一时钟输出的时钟信号，以

表示第二时钟输出的时钟信号，rst为全差分积分器的复位信号。φ、

和rst都是由单独的数字控制电路生成，因为数字控电路不是本发明实施例所要保护的重点，此处略去不表。以下，本发明提供的实施例三的工作原理通过结合图7来进行进一步地分析：

本发明实施例三提供的心跳电流信号转换装置的工作过程分：复位阶段、积分阶段和保持阶段三部分：

在复位阶段，φ、

和rst都为高电平，因此开关S1～S4、S_F1、S_F2都闭合，使得光敏二极管D的阴极电压V_PD、运算放大器201的反相输入端V_IN、正相输入端V_IP和负输出端V_ON、正输出端V_OP的电压均为共模电压V_CM。

在积分阶段，正积分和反积分两个相位交替进行，当φ为高时，全差分积分器处于正积分相位，此时开关S2和S3闭合，S1和S4打开，运算放大器201正相输入端接至共模电压V_CM，为运算放大器的正相输入端提供共模电压；运算放大器201反相输入端V_IN接至光敏二极管D的阴极电压V_PD。此时由于运算放大器的正反相输入端虚短，光敏二极管D的阴极与共模电压V_CM的电压值相等，因此光敏二极管的光敏电流I_PD只能从运算放大器201的正输出端V_OP流向运算放大器201的反相输入端V_IN，从而使运算放大器201的正输出端V_OP的电压上升。与此同时，由于共模负反馈的作用令输出共模保持恒定，因此从运算放大器201正相输入端V_IP到负输出端V_ON产生了一个大小和光敏电流I_PD相等的镜像电流，使得运算放大器201的负输出端V_ON的电压降低。当

为高电平时，全差分积分器处于反积分相位，开关S1和S4闭合，S2和S3打开，情况正好与φ相反，因此运算放大器201负输出端V_ON变高、正输出端V_OP变低。

在保持阶段，φ、

为低电平，开关S1～S4均打开，此时光敏二极管D的光敏电流I_PD不流过全差分积分器，因此全差分积分器的输出保持不变。

从图7中可见，若背景光恒定不变，那么经过φ、

两个相位后，背景光的影响将完全被消除。从V_OP和V_ON可以看出背景光被消除了，在正积分相位，全差分积分器正向积分了变频后的背景光电流信号、调制光电流信号和变频后的心跳电流信号。在反积分相位，全差分积分器只反向积分了变频后的背景光电流信号。因此在反积分相位结束时，全差分积分器将电流信号转换为电压信号，全差分积分器输出只剩下调制光电压信号和调制在调制光上的心跳电压信号。

在图6所示的心跳电流信号转换装置中，负载电容C_L用以限制运算放大器201的噪声带宽，假设运算放大器201的输入跨导为gm，从全差分积分器输出的阻抗大小R_EQ为：

若输出电流噪声功率谱密度为：

其中k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，γ为工艺常数：

那么输出噪声的积分噪声电压为：

其中，上述积分噪声电压公式中，df表示频率的微分，ω表示角频率，ω＝2πf；

设时钟周期为T_S，除背景光电流信号外的电流信号大小为I_SIG，经过一个时钟周期后，全差分积分器的差分输出电压为：

由上可见，同单端结构相比，由于噪声不变，但是经本实施例提供的转换电路后信号变大了一倍，因此全差分积分器的噪声较单端得到一倍的改善。

因为在电路的使用中，通常共模电压V_CM取值为电源电压V_DD的一半，因此在无其他电路对混频器的栅压进行控制的情况下，混频器开关S1～S4导通时栅极会被拉到V_DD，那么开关S1～S4的栅源、栅漏电压差为V_DD/2，在一些高阈值电压的工艺下，S1～S4会进入到亚阈值区，导致其导通电阻非常大。该电阻和光敏二极管D的寄生电容C_PD形成了一个极点(低通特性)，会把光敏二极管D输出电流的高频成分(调制光电流信号和调制在调制光上的心跳电流信号及其谐波)滤除，使得进入到全差分积分器的信号量变小，从而影响了全差分积分器输出的信噪比。

基于上述的原因，本发明提供了如图8所述的第四实施例，在第四实施例中，除了第三实施例提供的电路外，还包括了自举电路；

所述自举电路，用于输出栅压至所述混频器中开关的栅极，使得混频器中开关的栅源电压的差值和栅漏电压的差值与电源电压值相等。

具体的自举电路如图9所示，包括第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8、第九开关S9、第一电容C₁、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5；

第五开关S5的第一端接地，第五开关S5的第二端通过依次通过第六开关S6、第七开关S7和第八开关S8连接至第一电源V1；第六开关S6和第七开关S7之间外接共模电源V_CM；第一MOS管M1的源极通过第一电容C₁连接至第五开关S5和第六开关S6之间，第一MOS管M1的栅极连接至第七开关S7和第八开关S8之间，第一MOS管M1的漏极连接至栅压输出端V_G；第二MOS管M2的栅极连接至第一MOS管M1的栅极，第二MOS管M2的源极通过第九开关S9接地，第二MOS管M2的漏极连接第一MOS管M1的漏极；第三MOS管M3的漏极连接第一MOS管M1的源极，第三MOS管M3的栅极连接第一MOS管M1的漏极，第三MOS管M3的源极连接第二电源V2；第四MOS管M4的源极连接第一MOS管M1的漏极，第四MOS管M4的漏极连接第三电源V3，第四MOS管M4的栅极连接第二时钟的信号输出端

第五MOS管M5的源极连接第二MOS管M2的源极，第五MOS管M5的漏极连接第四电源V4，第五MOS管M5的栅极连接第二时钟的信号输出端

第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8和第九开关S9均为场效应管。

在图9中，以第五开关S5、第六开关和第一电容C₁之间的连接点为A点，以第七开关S7、第八开关S8、第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极之间的连接点为B点，以第二MOS管与第九开关S9之间的连接点为C点，以第一电容C1、第一MOS管源极和第三MOS管漏极之间的连接点为D点来对自举电路的工作原理进行进一步地的阐述：

当第一时钟输出的φ为高电平时，开关S5、S8和S9导通，B点接电源V1、C点接地，导致第二MOS管M2将栅压输出端V_G下拉到地，于是第三MOS管M3导通将D点充至电源电压，此刻第一电容C₁两端的电压差为电源电压V_DD。

当第二时钟输出的

为高电平时，第四MOS管M4、第五MOS管M5导通，C点被拉高令第二MOS管M2关断，栅压输出端V_G被拉高令第三MOS管M3关断。之后开关S2、S3导通，A、B两点接到共模电压V_CM上，此时D点电压变为V_DD+V_CM，因此D、B两点电压差为V_DD，因此第一MOS管M1导通，将D点电压充至V_G。

由于全差分积分器的正相输入端V_IP、反相输入端V_IN的工作电压一般为二分之一电源电压V_DD，所以混频器的导通阻抗非常高，将导致流入全差分积分器的电流减小，并且较大的电阻贡献较大的噪声。因此，在本实施例中采用自举电路以提高混频器开关的栅压，从而可以增加整个转换电路的信噪比。因为采用自举电路后，自举电路的栅压输出端连到混频器开关S1～S4中的栅极，使得混频器的栅源、栅漏电压差值约为电源电压V_DD，从而使得混频器中开关的导通电阻大大降低，从而提高了全差分积分器输出的信噪比。

在本发明实施例提供的运算放大器均为如图3所示的折叠共源共栅结构的运算放大器，使用单级结构可以降低功耗，并且易于控制输出噪声电压。此外，由于运算放大器的有限增益将导致输出信号残留在光敏二极管的寄生结电容中，这会导致输出幅度增长速度随积分次数变多而下降，从而一起最终获得的信号量减小，信噪比降低。

本发明提供的第五实施例是在第四实施例的基础上增加一共模反馈电路；所述共模负反馈电路，用于从所述全差分积分器的正输出端和负输出端获取反馈共模电压，根据所述反馈共模电压产生控制电压；所述控制电压用以控制所述共模负反馈电路与所述全差分积分器形成负反馈回路。

如图10所示，所述共模负反馈电路包括第二电容C₂、第三电容C₃、第一电阻R1、第二电阻R2、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9和第十MOS管M10；

第二电容C₂的第一端连接所述全差分积分器的正输出端V_OP，第二电容C₂的第二端通过第三电容C₃连接至所述全差分积分器的负输出端V_ON；第一电阻R1的第一端连接所述全差分积分器的正输出端V_OP，第一电阻R1的第二端通过第二电阻R2连接至所述全差分积分器的负输出端V_ON；第二电容C₂的第二端与第一电阻R1的第二端相连接；第八MOS管M8的栅极连接与第一电阻R1和第二电阻R2之间，第八MOS管M8的源极连接第十MOS管M10的漏极，第八MOS管M8的漏极连接第六MOS管M6的漏极；第六MOS管M6的栅极连接第八MOS管M8的漏极，第六MOS管M6的源极接地；第七MOS管M7的源极接地，第七MOS管M7的漏极连接第九MOS管M9的漏极，第七MOS管M7的栅极连接控制电压输出端V_CTRL；第九MOS管M9的漏极连接所述控制电压输出端，第九MOS管M9的栅极连接共模电源V_CM，第九MOS管M9的源极连接第十MOS管M10的漏极；第十MOS管M10的源极连接第五电源V5，第十MOS管M10的栅极连接第六电源V_BP。

在本实施例中，图10为图3所示运算放大器的共模反馈电路，电阻R1、电阻R2从运算放大器的正输出端V_OP、负输出端V_ON获得反馈共模电压V_CMO，通过第八MOS管M8、第九MOS管M9比较产生控制电压V_CTRL来控制图3中运算放大器的电流镜负载管M14、M15。共模负反馈电路与运算放大器中的M14～M17形成负反馈，根据运放虚短可知反馈共模电压V_CMO与共模电压V_CM相等。图10中的电容C1、电容C2产生零点以抵消电阻R1、电阻R2和第八MOS管M8、第九MOS管M9形成的极点，使得共模负反馈的稳定性得到提升。

本发明还提供了如图11所示的第五实施例，一种心跳电流信号转换方法，包括：

S1，接收调制光信号，然后将所述调制光信号转换为电流信号；所述调制光信号包含有调制的心跳光信号；所述电流信号包括调制光电流信号、心跳电流信号和背景光电流信号；

S2，将所述心跳电流信号变频至零频，将所述背景光电流信号变频至时钟频率；

S3，将所述调制光电流信号、变频后的心跳电流信号和变频后的背景光电流信号交替进行正积分和反积分，然后进行转换后输出调制光电压信号和心跳电压信号。

在本发明提供的第五实施例中，所述心跳电流信号转换装置将接收的所述调制光信号转换成电流信号后，通过变频、积分和转换的方式，将调制光信号中的背景光信号滤除，放大低频的心跳信号，然后输出调制光电压信号和心跳电压信号用于后续的心跳信号检测。

本发明还提供了一种心跳检测系统，包括如上述所述的心跳电流信号转换装置。在本实施例中，使用图5结构的心跳电流信号转换装置来做心跳检测系统的转换电路，能够抑制共模噪声、提高线性、增加输出摆幅、降低功耗、节约电路成本等。

综上所述，本发明实施例提供的全差分积分器能够提高心跳电流信号转换装置对共模噪声的抑制、线性度、输出动态范围。而且，由于心跳电流信号转换装置环路始终形成闭环，因此对下级电路可以直接输出，省去输出缓冲电路，从而降低功耗。同时，因为负载电容接在了全差分积分器的输出两端，因此等效负载电容可以翻倍，从而获得相同噪声带宽所需要的电容面积小了一倍。此外，本发明实施例提供心跳电流信号转换装置主要应用于心率监测应用领域，也可以用于如触摸屏等其他领域、提供标准地差分输出接口，易于后级电路的链接。

同时，本发明提供的心跳电流信号转换装置能够消除BG，实现全差分输出，达到抑制噪声的目的，而且以共模抑制，具备较大输出动态范围，而且还提供了容易后面电路接入的全差分电路接口；具有Hold的功能减少一级SH,节约输出限制带宽的电容，进一步地，使用自举电路来降低混频器由于开关电阻过大导致运放噪声变大的问题。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的转换电路、心跳电流信号转换装置及转换方法、心跳检测系统的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种心跳电流信号转换装置，其特征在于，所述心跳电流信号转换装置包括转换电路和转换器，所述转换电路包括全差分积分器和混频器；

所述转换器，用于将调制光信号转换为电流信号后传输至所述混频器；所述调制光信号包含有调制的心跳光信号；

所述混频器，用于将电流信号中的心跳电流信号变频至零频，将电流信号中的背景光电流信号变频至时钟频率，然后将电流信号中的调制光电流信号、变频后的心跳电流信号和变频后的背景光电流信号传输至所述全差分积分器；

所述全差分积分器，用于将输入的所述调制光电流信号、所述变频后的心跳电流信号和所述变频后的背景光电流信号交替进行正积分和反积分，然后进行转换后输出调制光电压信号和心跳电压信号；

所述心跳电流信号转换装置还包括与所述混频器相连接的自举电路，所述自举电路，用于输出栅压至所述混频器中开关的栅极，使得混频器中开关的栅源电压的差值和栅漏电压的差值与电源电压值相等；

所述自举电路包括第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关、第一电容、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第五MOS管；

所述第五开关的第一端接地，所述第五开关的第二端通过依次通过所述第六开关、所述第七开关和所述第八开关连接至第一电源；所述第六开关和所述第七开关之间外接共模电源；所述第一MOS管的源极通过所述第一电容连接至所述第五开关和第六开关之间，所述第一MOS管的栅极连接至所述第七开关和第八开关之间，所述第一MOS管的漏极连接至栅压输出端；所述第二MOS管的栅极连接至所述第一MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极通过所述第九开关接地，所述第二MOS管的漏极连接所述第一MOS管的漏极；所述第三MOS管的漏极连接所述第一MOS管的源极，所述第三MOS管的栅极连接所述第一MOS管的漏极，所述第三MOS管的源极连接第二电源；所述第四MOS管的源极连接所述第一MOS管的漏极，所述第四MOS管的漏极连接第三电源，所述第四MOS管的栅极连接第二时钟的信号输出端；所述第五MOS管的源极连接所述第二MOS管的源极，所述第五MOS管的漏极连接第四电源，所述第五MOS管的栅极连接第二时钟的信号输出。

2.如权利要求1所述的心跳电流信号转换装置，其特征在于，所述全差分积分器包括运算放大器、第一反馈电容、第二反馈电容、第一复位开关和第二复位开关；

所述第一反馈电容连接于所述运算放大器的反相输入端和正输出端之间；所述第二反馈电容连接于所述运算放大器的正相输入端和负输出端之间；所述第一复位开关的第一端连接所述运算放大器的反相输入端，所述第一复位开关的第二端连接所述运算放大器的正输出端；所述第二复位开关的第一端连接所述运算放大器的正相输入端，所述第二复位开关的第二端连接所述运算放大器的负输出端。

3.如权利要求2所述的心跳电流信号转换装置，其特征在于，所述全差分积分器还包括连接于所述运算放大器的正输出端和负输出端之间的负载电容。

4.如权利要求1所述的心跳电流信号转换装置，其特征在于，所述混频器包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；

所述第一开关的第一端连接外接共模电源，所述第一开关的第二端通过所述第三开关连接所述转换器；所述第二开关的第一端连接外接共模电源，所述第二开关的第二端通过所述第四开关连接所述转换器；

所述全差分积分器的反相输入端连接于所述第一开关和所述第三开关之间，所述全差分积分器的正相输入端连接于所述第二开关和所述第四开关之间。

5.如权利要求4所述的心跳电流信号转换装置，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均为场效应管。

6.如权利要求1所述的心跳电流信号转换装置，其特征在于，所述转换器包括光敏二极管；

所述光敏二极管的阳极接地，所述光敏二极管的阴极连接所述混频器。

7.如权利要求1所述的心跳电流信号转换装置，其特征在于，所述第五开关、所述第六开关、所述第七开关、所述第八开关和所述第九开关均为场效应管。

8.如权利要求1所述的心跳电流信号转换装置，其特征在于，所述心跳电流信号转换装置还包括与所述全差分积分器相连接的共模负反馈电路；

所述共模负反馈电路，用于从所述全差分积分器的正输出端和负输出端获取反馈共模电压，根据所述反馈共模电压产生控制电压；所述控制电压用以控制所述共模负反馈电路与所述全差分积分器形成负反馈回路。

9.如权利要求8所述的心跳电流信号转换装置，其特征在于，所述共模负反馈电路包括第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管；

所述第二电容的第一端连接所述全差分积分器的正输出端，所述第二电容的第二端通过所述第三电容连接至所述全差分积分器的负输出端；所述第一电阻的第一端连接所述全差分积分器的正输出端，所述第一电阻的第二端通过所述第二电阻连接至所述全差分积分器的负输出端；所述第二电容的第二端与所述第一电阻的第二端相连接；所述第八MOS管的栅极连接与所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第八MOS管的源极连接所述第十MOS管的漏极，所述第八MOS管的漏极连接所述第六MOS管的漏极；所述第六MOS管的栅极连接所述第八MOS管的漏极，所述第六MOS管的源极接地；所述第七MOS管的源极接地，所述第七MOS管的漏极连接所述第九MOS管的漏极，所述第七MOS管的栅极连接控制电压输出端；所述第九MOS管的漏极连接所述控制电压输出端，所述第九MOS管的栅极连接共模电源，所述第九MOS管的源极连接所述第十MOS管的漏极；所述第十MOS管的源极连接第五电源，所述第十MOS管的栅极连接第六电源。

10.一种心跳电流信号转换方法，其特征在于，包括：

接收调制光信号，然后将所述调制光信号转换为电流信号；所述调制光信号包含有调制的心跳光信号；所述电流信号包括调制光电流信号、心跳电流信号和背景光电流信号；

通过混频器将所述心跳电流信号变频至零频，将所述背景光电流信号变频至时钟频率；

通过自举电路输出栅压至所述混频器中开关的栅极，使得混频器中开关的栅源电压的差值和栅漏电压的差值与电源电压值相等；

将所述调制光电流信号、变频后的心跳电流信号和变频后的背景光电流信号交替进行正积分和反积分，然后进行转换后输出调制光电压信号和心跳电压信号。

11.一种心跳检测系统，其特征在于，所述心跳检测系统包括权利要求1至10任一所述的心跳电流信号转换装置。

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