CN112394226A - 信号检测电路和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种信号检测电路和电子设备。该信号检测电路包括：第一信号线，用于连接目标阻抗；第一屏蔽层，环绕于第一信号线；电压跟随器，分别与第一屏蔽层和第一信号线连接，用于保持第一屏蔽层与第一信号线的电压一致；仪表放大器，与第一信号线连接，用于检测目标阻抗的信号。由于第一屏蔽层和第一信号线的电压一致，可以避免信号线和屏蔽层之间的寄生电容有电流流通对信号检测电路的输入阻抗造成影响，可以在对信号线进行屏蔽的同时提高信号检测的准确性。

Description

信号检测电路和电子设备
技术领域
本申请涉及电路设计技术领域，特别是涉及一种信号检测电路和电子设备。
背景技术
随着科技的发展，通过电路检测外部信号的应用越来越广泛。目前，为了避免检测的信号受到外部环境的干扰，通常采用屏蔽线将信号线包围，从而减少外部环境对信号的干扰。然而，信号线和屏蔽线之间存在寄生电容，往往会降低信号检测的准确性。
发明内容
本申请实施例提供一种信号检测电路和电子设备，可以提高信号检测的准确性。
一种信号检测电路，包括：
第一信号线，用于连接目标阻抗；
第一屏蔽层，环绕于所述第一信号线；
电压跟随器，分别与所述第一屏蔽层和所述第一信号线连接，用于保持所述第一屏蔽层与所述第一信号线的电压一致；及
仪表放大器，与所述第一信号线连接，用于检测所述目标阻抗的信号。
在其中一个实施例中，所述电压跟随器包括正极输入端、负极输入端和输出端；所述正极输入端与所述第一信号线连接；所述负极输入端和所述输出端连接所述第一屏蔽层。
在其中一个实施例中，所述第一屏蔽层包括第一端点和第二端点；所述负极输入端与所述第一端点连接；所述输出端与所述第二端点连接。
在其中一个实施例中，所述电路还包括：第二屏蔽层，环绕于所述第一屏蔽层，用于与参考电压端连接。
在其中一个实施例中，所述信号检测电路还包括第二信号线；所述目标阻抗为人体；所述第一信号线的一端与所述仪表放大器的正相输入端连接，另一端用于连接所述人体的一手部；所述第二信号线的一端与所述仪表放大器的反相输入端连接，另一端用于连接所述人体的右手另一手部。
在其中一个实施例中，所述仪表放大器还包括反馈输出端；所述反馈输出端用于与所述人体的其他部位连接，以提供偏置信号。
在其中一个实施例中，所述其他部位是手腕或者腿部。
在其中一个实施例中，所述仪表放大器包括目标输出端，用于与外部设备连接，并根据所述正相输入端和所述反相输入端提供的所述目标阻抗的信号输出信号检测结果。
在其中一个实施例中，所述第一屏蔽层的结构是同轴、印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中走线和铺铜中的至少一种。
一种电子设备，包括上述的信号检测电路。
上述信号检测电路和电子设备，通过第一信号线连接目标阻抗，第一屏蔽层环绕于第一信号线，电压跟随器分别与第一屏蔽层和第一信号线连接，以保持第一屏蔽层和第一信号线的电压一致，从而通过与第一信号线连接的仪表放大器检测目标阻抗的信号，以避免由于信号线和屏蔽层的差模电压不同，从而信号线和屏蔽层之间的寄生电容有电流流通，导致信号检测电路的输入阻抗小于仪表放大器的输入阻抗，信号检测不准确的问题，可以在对信号线进行屏蔽的同时提高信号检测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中信号检测电路的结构示意图；
图2为另一个实施例中信号检测电路的结构示意图；
图3为又一个实施例中信号检测电路的结构示意图；
图4为一个实施例中信号检测电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一信号线称为第二信号线，且类似地，可将第二信号线称为第一信号线。第一信号线和第二信号线两者都是信号线，但其不是同一信号线。
图1为一个实施例中信号检测电路的结构框图。如图1所示，在一个实施例中，提供的信号检测电路包括第一信号线110、第一屏蔽层120、电压跟随器130和仪表放大器140。第一屏蔽层120环绕于第一信号线110，电压跟随器130分别与第一信号线110和第一屏蔽层120连接，仪表放大器140与第一信号线110连接。
第一信号线110，用于连接目标阻抗。目标阻抗是指信号检测的对象。针对不同的信号检测场景，目标阻抗不同。例如，目标阻抗可以是其他外部电路、也可以是生物体如人体等。信号检测电路的第一信号线110与目标阻抗连接，可以接收到目标阻抗的信号。
第一屏蔽层120，环绕于第一信号线110。可选地，第一屏蔽层120可以采用同轴、印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中走线和铺铜中的至少一种方式环绕于第一信号线110。
电压跟随器130，用于保持第一屏蔽层120与第一信号线110的电压一致。电压跟随器是指输出信号基本等同于输入信号的电子线路。理想的电压跟随器具备输入阻抗无穷大、输出阻抗为0、电压放大倍数为1的三个特性。电压跟随器130的输出阻抗低，可以对第一信号线110起屏蔽作用。
仪表放大器140，用于检测目标阻抗的信号。仪表放大器140的输入端与第一信号线110连接，可以接收第一信号线110传输的信号。进一步地，仪表放大器140可以对第一信号线110传输的信号进行差分计算、放大等处理后输出。
具体地，第一信号线110可以接收目标阻抗的信号；通过电压跟随器130根据接收的信号输出相同的信号给第一屏蔽线120，以保持第一屏蔽线120的电压与第一信号110一致，不会对第一信号线110造成干扰；通过仪表放大器140检测输入的目标阻抗的信号，并对目标阻抗的信号进行处理后输出。
电压跟随器130分别与第一屏蔽层120和第一信号线110连接，可以保持第一屏蔽层120和第一信号线110的电压一致，从而第一信号线110和第一屏蔽层120之间的寄生电容不会有电流流通，即第一信号线110和第一屏蔽层120之间的寄生电容不会对信号检测电路的输入阻抗造成影响，信号检测电路的输入阻抗等于仪表放大器140的输入阻抗。
本申请实施例提供的信号检测电路，第一屏蔽层环绕于第一信号线，通过电压跟随器分别与第一信号线和第一屏蔽层连接，可以对第一信号线进行屏蔽，第一屏蔽层和第一信号线的电压保持一致，可以避免由于信号线和屏蔽层的差模电压不同，从而信号线和屏蔽层之间的寄生电容有电流流通，导致信号检测电路的输入阻抗小于仪表放大器的输入阻抗，信号检测不准确的问题，可以在对信号线进行屏蔽的同时提高信号检测的准确性。并且，信号检测电路的输入阻抗不受寄生电容的影响，等于仪表放大器的输入阻抗，可以增大信号检测电路的信号检测范围。
如图2所示，在一个实施例中，电压跟随器130包括正极输入端、负极输入端和输出端。正极输入端与第一信号线110连接，负极输入端和输出端连接第一屏蔽层120。
电压跟随器130可以采用射极跟随器或集成运算放大器实现。以集成运算放大器为例进行说明，电压跟随器130的负极输入端和输出端连接第一屏蔽层120，即电压跟随器130的负极输入端和输出端相连接，可以形成输出阻抗为0、输入阻抗为无穷大、且反馈系数为1的同相输入放大器，从而使得电压跟随器的输入电压和输出电压相同。即第一信号线110的电压与第一屏蔽层120的电压一致，不会有电流流过第一信号线110和第一屏蔽层120之间的寄生电容，可以避免信号检测电路的输入阻抗小于仪表放大器140的输入阻抗，对信号检测结果造成影响。
在一个实施例中，提供的信号检测电路还包括第二屏蔽层122。第二屏蔽层122环绕于第一屏蔽层120，用于与参考电压端连接。
可选地，第二屏蔽层122也可以采用同轴、印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中走线和铺铜中的至少一种方式环绕于第一屏蔽层120。参考电压端通常指地，即第二屏蔽122用于接地。
在一些情况下，电压跟随器130的输出端存在较小的输出阻抗，容易导致第一屏蔽层120产生干扰电压，干扰电压可以通过第一信号线110和第一屏蔽层120之间的寄生电压对第一信号线110造成干扰。在该实施例中，通过设置环绕于第一屏蔽层120的第二屏蔽层122，第二屏蔽层122与参考电压端连接，可以减小第一屏蔽层120产生的干扰电压。
如图3所示，在一个实施例中，提供的信号检测电路还包括第二信号线150。当目标阻抗为人体时，第一信号线110的一端与仪表放大器140的正相输入端连接，另一端用于连接人体的一手部；第二信号线150的一端与仪表放大器140的反相输入端连接，另一端用于连接人体的另一手部。
第二信号线150设有与第一信号线110相对应的第一屏蔽层和第二屏蔽层。
可选地，信号检测电路可用于检测生物信号，例如，心电图、脑电图、肌电图等，在不做限定。在实际应用时，信号检测电路包含的信号线的一端用于连接仪表放大器、另一端用于连接人体的指定部位。具体地，在一个实施例中，信号检测电路可以包括第一信号线110和第二信号线150；第一信号线110的一端与仪表放大器140的正相输入端连接，第二信号线150的一端与仪表放大器140的反相输入端连接；第一信号线110和第二信号线150的另一端分别与生物体的不同部位连接。
该实施例以信号检测电路用于检测人体心电信号的场景进行说明：第一信号线110的另一端用于连接人体的一手部，第二信号线150的另一端用于检测人体的另一手部。例如，第一信号线110的另一端用于连接人体的左手，第二信号线150的另一端用于连接人体的右手，由于心脏位置偏向人体左侧，左手的电压通常大于右手的电压，则仪表放大器140对正相输入端和反相输入端输入的信号进行处理后输出的信号为正；当然，第一信号线110的另一端也可以用于连接人体的右手，第二信号线150的另一端也可以用于连接人体的左手，此时仪表放大器140输出的信号为负。
本申请实施例中，信号检测电路包括第一信号线和第二信号线，第一信号线和第二信号线分别连接于人体的不同部位，可以检测连接的两个部位的电压并进行处理，在第一信号线和第二信号线分别连接于人体的左右手时，可以检测到左右手之间的电压差，由于第一信号线和第二信号线都通过电压跟随器连接到第一屏蔽层，可减少信号干扰，提高检测的准确性；并且，消除了寄生电容对信号检测电路的输入阻抗的影响，避免信号检测电路的输入阻抗小于仪表放大器的输入阻抗导致信号检测电路的检测范围较小的问题，可以提高信号检测电路的覆盖人群。
在一个实施例中，仪表放大器140还包括反馈输出端，反馈输出端用于与人体的其他部位连接，以提供偏移信号。
生物体也可以作为天线受到电磁干扰，特别是频率为50Hz或60HZ的家用电器如冰箱、微波炉、烤箱等设备引起的电磁干扰；信号检测电路用于检测生物体的心电图、脑电图、肌电图等时，由于生物体的电子信号十分微小，通常只有几微伏，当受到电磁干扰时，会对信号检测结果造成较大的影响。
通常，反馈输出端也称为右腿驱动。人体的其他部位可以是腿部、手腕等部位。可选地，反馈输出端可以用于与人体的右腿部、或者右手腕等部位连接。
在该实施例中，反馈输出端是仪表放大器140的共模信号输出端口。仪表放大器140可以提取第一信号线110和第二信号线150输入的信号中的共模信号，将共模信号从反馈输出端输出，反馈输出端与人体的手腕或右腿部等部位连接，可以将共模信号反向传输到人体，从而消除电磁干扰噪声，避免仪表放大器140因存在电磁干扰导致输出的信号不准确的问题，可以提高信号检测的准确性。
在一个实施例中，仪表放大器140包括目标输入端，用于与外部设备连接，并根据正相输入端和反相输入端提供的目标阻抗的信号输出信号检测结果。
具体地，第一信号线和第二信号线存在共模信号和差模信号。共模信号是指第一信号线和第二信号线传输的信号中幅度相同、且相位相同的部分信号；差模信号是指第一信号线和第二信号传输的信号中幅度相同、相位相反的部分信号。仪表放大器140将正相输入端和反相输入端提供的目标阻抗的信号进行差分放大处理，得到信号检测结果，并将信号检测结果通过目标输出端输出给外部设备。
例如，当第一信号线传输的第一信号为
Figure BDA0002169710580000081
第二信号传输的第二信号为
Figure BDA0002169710580000082
则Uc为第一信号和第二信号之间的共模信号，
Figure BDA0002169710580000083
为第一信号的差模信号，
Figure BDA0002169710580000084
为第二信号对应的差模信号；仪表放大器140对第一信号和第二信号进行差分处理，得到的信号Ud即为第一信号线与第二信号线之间的差值，当检测人体心电图时，信号Ud则可以表示人体心脏跳动的幅度。
外部设备可以不限于是显示器、运算器、处理器等。具体地，外部设备可以直接将信号检测结果进行展示、也可以根据信号检测结果进行统计运算处理等。例如，当信号检测电路用于检测心电图时，仪表放大器140可用于连接显示屏，以使显示屏根据接收的信号检测结果展示对应的心电图；当信号检测电路用于检测心率时，与仪表放大器140连接的处理器或运算器可以根据信号检测结果确定对应的心率信息等，在此不做限定。
通过仪表放大器对正相输入端和反相输入端提供的目标阻抗的信号进行差分放大处理，得到信号检测结果，并通过目标输出端将信号检测结果输出至外部设备，可以为外部设备的展示或运算处理提供检测数据。
如图4所示，在一个实施例中，提供的信号检测电路中第一屏蔽层120包括第一端点和第二端点；电压跟随器130的负极输入端与第一端点连接；电压跟随器130的输出端与第二端点连接。
具体地，第一端点和第二端点可以分别位于第一屏蔽层120的两侧。电压跟随器130的负极输入端与第一端点连接，电压跟随器130的输出端与第二端点连接，可以将第一屏蔽层120作为电压跟随器130的负反馈回路中的一部分；第一屏蔽层120作为电压跟随器130的输出，可以与输入端连接的第一信号线110的电压保持一致，避免第一信号线110与第一屏蔽层120之间的寄生电容对信号检测电路的输入阻抗造成影响，可以提高信号检测电路的测量范围。
在一个实施例中，第一屏蔽层120的结构可以是同轴、印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中走线和铺铜中的至少一种。其中,软硬结合板是指将柔性电路板和印刷电路板经过压合等工序组合在一起,形成的具有柔性和硬性特质的线路板。
在一个实施例中，第二屏蔽层122的结构可以是同轴、印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中走线和铺铜中的至少一种。可选地，第二屏蔽层122可以采用与第一屏蔽层120相对应的环绕结构，在此不做限定。
通过将第一屏蔽层以同轴、印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中走线和铺铜中的至少一种结构环绕于第一信号线，可以减小外部环境对第一信号线的干扰，提高信号检测的准确性。
在一个实施例中，提供了一种电子设备，该电子设备包括上述的信号检测电路。可选地，电子设备可以是各种信号检测装置、也可以是可穿戴式设备等。
具体地，电子设备包括第一信号线、第一屏蔽层、电压跟随器和仪表放大器。第一屏蔽层环绕于第一信号线，电压跟随器分别与第一信号线和第一屏蔽层连接，仪表放大器与第一信号线连接。通过电压跟随器分别与第一信号线和第一屏蔽层连接，可以对第一信号线进行屏蔽，第一屏蔽层和第一信号线的电压保持一致，可以避免由于信号线和屏蔽层的电压不同，从而信号线和屏蔽层之间的寄生电容有电流流通，导致信号检测电路的输入阻抗小于仪表放大器的输入阻抗，信号检测不准确的问题，可以在对信号线进行屏蔽的同时提高信号检测的准确性。并且，信号检测电路的输入阻抗不受寄生电容的影响，等于仪表放大器的输入阻抗，可以增大信号检测电路的信号检测范围。
在一个实施例中，电子设备可以包括第一信号线和第二信号线，以及分别与第一信号线和第二信号线连接的电压跟随器；第一信号线和第二信号线均设有两层屏蔽层，内屏蔽层与电压跟随器的输出端和负极输入端连接，外屏蔽层接地；第一信号线连接于仪表放大器的正相输入端、第二信号线连接于仪表放大器的反相输入端器。
当目标阻抗为人体时，电子设备的第一信号线和第二信号线可以通过金属贴片、金属触点等方式与人体的部位连接，以接收人体的信号进行分析处理。可选地，仪表放大器还包括反馈输出端，用于连接于人体的其他部位，以提供偏置信号。可选地，电子设备包含有处理器，可以对仪表放大器输出的信号检测结果进行进一步地分析处理，例如将信号检测结果输出展示、根据信号检测结果确定人体健康状况、根据信号检测结果提供人体健康建议信息等，不限于此。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种信号检测电路，其特征在于，包括：
第一信号线，用于连接目标阻抗；
第一屏蔽层，环绕于所述第一信号线；
电压跟随器，分别与所述第一屏蔽层和所述第一信号线连接，用于保持所述第一屏蔽层与所述第一信号线的电压一致；及
仪表放大器，与所述第一信号线连接，用于检测所述目标阻抗的信号。
2.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述电压跟随器包括正极输入端、负极输入端和输出端；
所述正极输入端与所述第一信号线连接；
所述负极输入端和所述输出端连接所述第一屏蔽层。
3.根据权利要求2所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一屏蔽层包括第一端点和第二端点；
所述负极输入端与所述第一端点连接；所述输出端与所述第二端点连接。
4.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述电路还包括：
第二屏蔽层，环绕于所述第一屏蔽层，用于与参考电压端连接。
5.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述信号检测电路还包括第二信号线；所述目标阻抗为人体；
所述第一信号线的一端与所述仪表放大器的正相输入端连接，另一端用于连接所述人体的一手部；
所述第二信号线的一端与所述仪表放大器的反相输入端连接，另一端用于连接所述人体的另一手部。
6.根据权利要求5所述的信号检测电路，其特征在于，所述仪表放大器还包括反馈输出端；
所述反馈输出端用于与所述人体的其他部位连接，以提供偏置信号。
7.根据权利要求6所述的信号检测电路，其特征在于，所述其他部位是手腕或者腿部。
8.根据权利要求5所述的信号检测电路，其特征在于，所述仪表放大器包括：
目标输出端，用于与外部设备连接，并根据所述正相输入端和所述反相输入端提供的所述目标阻抗的信号输出信号检测结果。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一屏蔽层的结构是同轴、印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中走线和铺铜中的至少一种。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的信号检测电路。
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