CN107822630A - 康复系统的肌电信号检测电路以及康复系统 - Google Patents

康复系统的肌电信号检测电路以及康复系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种康复系统的肌电信号检测电路以及康复系统。所述康复系统的肌电信号检测电路包括依次连接的输入接口、集成差分运放单元、运算放大单元和输出接口，所述输入接口包括两个信号口，所述集成差分运放单元包括两个信号输入端和一个信号输出端，所述输入接口的两个信号口分别连接所述集成差分运放单元的两个信号输入端。本发明能够解决现有肌电采集电路无法完全抗共模干扰的问题。

Description

康复系统的肌电信号检测电路以及康复系统
技术领域
本发明涉及电子电路领域，特别是涉及康复系统的肌电信号检测电路以及康复系统。
背景技术
肌肉功能性电刺激是常用的康复系统，属于神经肌肉电刺激的范畴，是利用一定强度的脉冲电流，通过预先设定的程序来刺激一组或多组肌肉，诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动，以达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的。
现有康复系统中的肌电采集电路如图1所示，肌电信号(即肌电电压信号)可通过黏贴在人体肌肉皮肤表面的电极片获取，然后通过导线将肌电信号输入到差分放大器中，差分发达器将肌电信号进行放大处理，经过放大后的肌电信号经过高、低通滤波电路，将无用的信号噪音去除，检索出有效的肌电信号，后经运放A3进行放大到一定电压等级后输出给外部设备进行分析处理，完成肌电信号的检测过程。
由于传统电路中的差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，如图1所示，由运放A1和A2组成差模运放的输入级。因此两个对称的放大电路的参数必须相同才能达到理想的差分放大作用。然而在现实的应用中，由于运放制作的工艺、材料、环境的不同，两个对称的放大电路不可能达到一模一样的理想状态，因此传统电路中的差动放大电路必然会存在误差，导致肌电采集电路无法完全抗共模干扰。
发明内容
基于此，本发明提供一种康复系统的肌电信号检测电路以及康复系统，能够解决现有肌电采集电路无法完全抗共模干扰的问题。
本发明一方面提供一种康复系统的肌电信号检测电路，包括依次连接的输入接口、集成差分运放单元、运算放大单元和输出接口，所述输入接口包括两个信号口，所述集成差分运放单元包括两个信号输入端和一个信号输出端，所述输入接口的两个信号口分别连接所述集成差分运放单元的两个信号输入端；
其中，所述集成差分运放单元包括第一差动运放芯片，第一差动运放芯片的第一输入引脚、第二输入引脚分别连接所述集成差分运放单元的两个信号输入端，所述第一差动运放芯片的输出引脚连接所述集成差分运放单元的信号输出端；
所述运算放大单元包括四个信号输入端和两个信号输出端，其中，第一信号输入端、第二信号输入端以及第一信号输出端构成第一放大电路，第三信号输入端、第四信号输入端以及第二信号输出端构成第二放大电路；所述第一信号输入端连接所述集成差分运放单元的信号输出端，所述第二信号输入端与所述第一差动运放芯片参考电压端连接同一参考地；所述第一放大电路和所述第二放大电路相互独立的对输入的信号进行电压放大并输出；
由所述输入接口输入的两个肌电信号，两个肌电信号先经过所述集成差分运放单元进行差分放大得到一个肌电检测信号，所述肌电检测信号经过所述运算放大单元中任一放大电路进行电压放大，使放大后的电压与外部处理器电路的额定电压对应，最后通过所述输出接口输出放大后的肌电检测信号。
本发明还提供一种康复系统，包括上述所述的肌电信号检测电路。
上述技术方案，通过设置包括依次连接的输入接口、集成差分运放单元、运算放大单元和输出接口，所述输入接口包括两个信号口，所述集成差分运放单元包括两个信号输入端和一个信号输出端，所述输入接口的两个信号口分别连接所述集成差分运放单元的两个信号输入端。由所述输入接口输入的两个肌电信号，先经过所述集成差分运放单元进行差分放大，然后经过所述运算放大单元进行电压放大，最后通过所述输出接口输出与外部处理器电路的额定电压对应的肌电信号；其中，所述集成差分运放单元包括第一差动运放芯片，所述运算放大单元第一放大电路和第二放大电路，两放大电路相互独立的对输入的肌电信号进行电压放大，并相互独立的输出电压放大后的肌电信号给对应的输出接口。本发明的肌电信号检测电路，较之于传统肌电信号检测电路，能够完全抗共模干扰，并且对肌电信号检测的效率高，电路复杂度低，稳定性好。
附图说明
图1为传统康复系统的肌电信号检测电路的示意性结构图；
图2为一实施例的康复系统的肌电信号检测电路的示意性结构图；
图3为一可选实施例的肌电信号检测电路的示意性结构图；
图4为另一可选实施例的肌电信号检测电路的示意性结构图；
图5为又一可选实施例的肌电信号检测电路的示意性结构图；
图6为又一可选实施例的肌电信号检测电路的示意性结构图。
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。
如图2所示，本发明提供的一种康复系统的肌电信号检测电路，包括依次连接的输入接口、集成差分运放单元、运算放大单元和输出接口，所述输入接口包括两个信号口，所述集成差分运放单元包括两个信号输入端和一个信号输出端，所述输入接口的两个信号口分别连接所述集成差分运放单元的两个信号输入端。其中，所述集成差分运放单元包括第一差动运放芯片U1，第一差动运放芯片U1的第一输入引脚、第二输入引脚分别连接所述集成差分运放单元的两个信号输入端，所述第一差动运放芯片U1的输出引脚连接所述集成差分运放单元的信号输出端。所述运算放大单元包括四个信号输入端和两个信号输出端，其中，第一信号输入端、第二信号输入端以及第一信号输出端构成第一放大电路，第三信号输入端、第四信号输入端以及第二信号输出端构成第二放大电路；所述第一信号输入端连接所述集成差分运放单元的信号输出端，所述第二信号输入端与所述第一差动运放芯片参考电压端连接同一参考地；所述第一放大电路和所述第二放大电路相互独立的对输入的信号进行电压放大并输出。由所述输入接口输入的两个肌电信号，两个肌电信号先经过所述集成差分运放单元进行差分放大得到一个肌电检测信号，所述肌电检测信号经过所述运算放大单元中任一放大电路进行电压放大，使放大后的电压与外部处理器电路的额定电压对应，最后通过所述输出接口输出放大后的肌电检测信号。
如果输入接口输入的肌电信号受到干扰信号，则输入接口输入的两个肌电信号均包含相同的干扰，通过集成差分运放单元对两个肌电信号进行差分放大，使得干扰信号的有效输入变为零，并且由于第一差动运放芯片的稳定性好，因此能够达到了完全抗共模干扰的目的。
上述实施例的肌电信号检测电路，通过设置包括依次连接的输入接口、集成差分运放单元、运算放大单元和输出接口，所述输入接口包括两个信号口，所述集成差分运放单元包括两个信号输入端和一个信号输出端，所述输入接口的两个信号口分别连接所述集成差分运放单元的两个信号输入端。由所述输入接口输入的两个肌电信号，先经过所述集成差分运放单元进行差分放大，然后经过所述运算放大单元进行电压放大，最后通过所述输出接口输出与外部处理器电路的额定电压对应的肌电信号；其中，所述集成差分运放单元包括第一差动运放芯片，所述运算放大单元第一放大电路和第二放大电路，两放大电路相互独立的对输入的肌电信号进行电压放大，并相互独立的输出电压放大后的肌电信号给对应的输出接口(即所述运算放大单元可选择为被两个集成差分运放单元共用，由此可进一步简化电路复杂度)。本发明的肌电信号检测电路，较之于传统肌电信号检测电路，能够完全抗共模干扰，并且对肌电信号检测的效率高，电路复杂度低，稳定性好。
在一实施例中，参考图3所示，所述集成差分运放单元还包括电阻R1。第一差动运放芯片U1的第一输入引脚(即Vin+引脚)、第二输入引脚(即Vin-引脚)分别连接其所在的集成差分运放单元的两个信号输入端，第一差动运放芯片U1的电源正端(即V+引脚)连接供电电源端，第一差动运放芯片U1的电源负端(即V-引脚)连接GND，第一差动运放芯片U1的第一RG引脚通过电阻R1连接第二RG引脚；第一差动运放芯片U1的参考电压端(即ref引脚)连接参考地；
参考图3所示，所述运算放大单元包括运算放大器U4。运算放大器U4的电源正端(即V+引脚)连接供电电源端，运算放大器U4的电源负端连接GND，运算放大器U4的第一输入引脚(即Ain-引脚)连接所述第一差动运放芯片U1的输出引脚(即Vout引脚)，运算放大器U4的第二输入引脚(即Ain+引脚)连接所述第一差动运放芯片U1的参考电压端(即ref引脚)，运算放大器U4的第一输出引脚(即Aout引脚)连接一输出接口RB0。运算放大器U4的第三输入引脚(即Bin-引脚)、第四输入引脚(即Bin+引脚)、第二输出引脚(即Bout引脚)均空置；即所述第一放大电路和第二放大电路之一闲置。
参考图6所示，在另一实施例中，所述运算放大器U4的第三输入引脚连接第二差动运放芯片U2的输出引脚(即Vout引脚)，运算放大器U4的第四输入引脚连接第二差动运放芯片U2的参考电压端，运算放大器U4的第二输出引脚连接另一输出接口RB2。即第一差动运放芯片U1和第二差动运放芯片U2共用所述运算放大器U4，即所述第一放大电路和第二放大电路均为工作状态，由此可进一步简化电路复杂度。
进一步地，参考图4所示，在一实施例中，所述集成差分运放单元还包括：电容C2、电容C6、电容C11、磁珠L3，所述第一差动运放芯片U1的电源正端还通过电容C6连接GND，第一差动运放芯片U1的电源正端通过磁珠L3连接供电电源端；所述第一差动运放芯片U1的电源正端还依次通过磁珠L3、电容C2连接参考地；第一差动运放芯片U1的参考电压端还通过电容C11连接GND。
继续参考图4所示，在一实施例中，所述运算放大单元还包括电容C5和磁珠L1，运算放大器U4的电源正端通过磁珠L1连接供电电源端，运算放大器U4的电源正端还通过电容C5连接GND。
在一实施例中，所述肌电信号检测电路还包括滤波电路。所述集成差分运放单元输出的肌电信号经过滤波电路处理之后进入所述运算放大单元进行电压放大。将肌电信号的共模噪音去掉，得到比较纯净有用的差模肌电信号，然后再进入运算放大单元。
继续参考图4所示，在一实施例中，所述滤波电路包括电容C9、电阻R14、电容C4和电阻R4。所述第一差动运放芯片U1的输出引脚连接电容C9的一端，电容C9的另一端连接电阻R14一端、电容C4一端、电阻R4一端以及运算放大器U4的Ain-引脚；电阻R14另一端连接第一差动运放芯片U1的ref引脚，电容C4另一端、电阻R4另一端均连接运算放大器U4的Aout引脚。所述第一差动运放芯片U1、电容C9、电阻R14构成一高通滤波电路；所述运算放大器U4、电容C4和电阻R4构成一低通滤波电路。
可选地，参考图5、图6所示，所述滤波电路还包括电阻R11；电容C9的另一端通过电阻R11连接电容C4一端、电阻R4一端以及运算放大器U4的Ain-引脚。
可选地，在上述任一实施例中，供电电源端可为5V，参考地端可为2.5V。可以理解的，根据实际情况还可对所述供电电源和参考地的电压值进行调节。
可以理解的，本领域技术人员应当知悉，附图中示出的器件的标识符或者参数值不应当理解为对本发明实施例的肌电信号检测电路的限定，根据实际情况，还可对其中的器件参数做调整，或者替换为同类的其他器件，例如，将磁珠替换为电感。
通过本发明上述实施例的肌电信号检测电路，具有以下优点：
采用集成差分运放单元对肌电信号进行检测，由于集成差分运放单元的运放参数稳定，因此得到的肌电信号噪音小，温飘小，有效信号占比大；
采用集成差分运放单元对肌电信号进行检测，集成化的外围电路简单，因此电路稳定，稳定性好，输出信号精确，质量容易控制；并且分立组成的电路元器件较少，生产成本低。
本发明还提供了一种康复系统的实施例，本实施例的康复系统中设置有上述任一实施例所述的肌电信号检测电路。
在一实施例中，所述康复系统包括至少两个上述任一实施例所述的肌电信号检测电路，以提高检测效率。可以理解的，本领域技术人员应当知悉，两个以上肌电信号检测电路中，对应位置的电子器件可以选用相同的型号和相同参数，也可以选用不同型号或者不同的参数。
需要说明的是，在上述实施例中，仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，附图中示出的康复系统的肌电信号检测电路结构并不构成对本发明的限定，可以包括比图示更多或更少的器件，或者组合某些器件，或者有不同的器件位置布置。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种康复系统的肌电信号检测电路，其特征在于，包括依次连接的输入接口、集成差分运放单元、运算放大单元和输出接口，所述输入接口包括两个信号口，所述集成差分运放单元包括两个信号输入端和一个信号输出端，所述输入接口的两个信号口分别连接所述集成差分运放单元的两个信号输入端；
其中，所述集成差分运放单元包括第一差动运放芯片，第一差动运放芯片的第一输入引脚、第二输入引脚分别连接所述集成差分运放单元的两个信号输入端，所述第一差动运放芯片的输出引脚连接所述集成差分运放单元的信号输出端；
所述运算放大单元包括四个信号输入端和两个信号输出端，其中，第一信号输入端、第二信号输入端以及第一信号输出端构成第一放大电路，第三信号输入端、第四信号输入端以及第二信号输出端构成第二放大电路；所述第一信号输入端连接所述集成差分运放单元的信号输出端，所述第二信号输入端与所述第一差动运放芯片参考电压端连接同一参考地；所述第一放大电路和所述第二放大电路相互独立的对输入的信号进行电压放大并输出；
由所述输入接口输入的两个肌电信号，两个肌电信号先经过所述集成差分运放单元进行差分放大得到一个肌电检测信号，所述肌电检测信号经过所述运算放大单元中任一放大电路进行电压放大，使放大后的电压与外部处理器电路的额定电压对应，最后通过所述输出接口输出放大后的肌电检测信号。
2.如权利要求1所述的肌电信号检测电路，其特征在于，所述集成差分运放单元还包括电阻R1；
第一差动运放芯片的电源正端连接供电电源端，第一差动运放芯片的电源负端连接GND，第一差动运放芯片的第一RG引脚通过电阻R1连接第二RG引脚。
3.如权利要求1所述的肌电信号检测电路，其特征在于，所述运算放大单元包括运算放大器U4；
运算放大器U4的电源正端连接供电电源端，运算放大器U4的电源负端连接GND，运算放大器U4的第一输入引脚连接所述第一差动运放芯片的输出引脚，运算放大器U4的第二输入引脚连接所述第一差动运放芯片的参考电压端，运算放大器U4的第一输出引脚连接一输出接口；运算放大器U4的第三输入引脚、第四输入引脚、第二输出引脚均空置。
4.如权利要求3所述的肌电信号检测电路，其特征在于，所述运算放大器U4的第三输入引脚连接第二差动运放芯片的输出引脚，运算放大器U4的第四输入引脚连接第二差动运放芯片的参考电压端，运算放大器U4的第二输出引脚连接另一输出接口。
5.如权利要求3或4所述的肌电信号检测电路，其特征在于，所述集成差分运放单元还包括：电容C2、电容C6、电容C11、磁珠L3，
所述第一差动运放芯片的电源正端还通过电容C6连接GND，第一差动运放芯片的电源正端通过磁珠L3连接供电电源端；所述第一差动运放芯片的电源正端还依次通过磁珠L3、电容C2连接参考地；第一差动运放芯片的参考电压端还通过电容C11连接GND；
和/或，
所述运算放大单元还包括电容C5和磁珠L1，运算放大器U4的电源正端通过磁珠L1连接供电电源端，运算放大器U4的电源正端还通过电容C5连接GND。
6.如权利要求5所述的肌电信号检测电路，其特征在于，还包括滤波电路；
所述集成差分运放单元输出的肌电信号经过滤波电路处理之后进入所述运算放大单元进行电压放大。
7.如权利要求6所述的肌电信号检测电路，其特征在于，所述滤波电路包括电容C9、电阻R14、电容C4和电阻R4，
所述第一差动运放芯片的输出引脚连接电容C9的一端，电容C9的另一端连接电阻R14一端、电容C4一端、电阻R4一端以及运算放大器U4的第一输入引脚；电阻R14另一端连接第一差动运放芯片的参考电压引脚，电容C4另一端、电阻R4另一端均连接运算放大器U4的第一输出引脚
所述第一差动运放芯片、电容C9、电阻R14构成一高通滤波电路；所述运算放大器U4、电容C4和电阻R4构成一低通滤波电路。
8.如权利要求7所述的肌电信号检测电路，其特征在于，所述滤波电路还包括电阻R11；
电容C9的另一端通过电阻R11连接电容C4一端、电阻R4一端以及运算放大器U4的第一输入引脚。
9.一种康复系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的肌电信号检测电路。
10.如权利要求9所述的康复系统，其特征在于，包含的肌电信号检测电路的数量为两个以上。
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