CN201408398Y - 微型脑电信号采集模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种微型脑电信号采集模块，包括有用于连接多个头皮电极的电极接口，还依次串联连接的设置有：与电极接口连接并与多个头皮电极一一对应的多个一级放大器、多路选择器、二级隔离放大器、带通滤波器、工频陷波器以及三级放大器，多路选择器还连接外部装置的控制单元的选择信号输出，三级放大器的输出端构成微型脑电信号采集模块的输出端。依次串联连接的多个一级放大器、多路选择器、二级隔离放大器、带通滤波器、工频陷波器以及三级放大器通过屏蔽外壳进行屏蔽。本实用新型提供一路输出接口和若干根通道选择输入接口，用户可以通过微处理器选择脑电采集的通道，并直接和模数转换芯片连接，进行脑电数据采集。可用于多导联的脑电信号采集。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种实现脑电信号采集的模块，特别是涉及一种可以简单嵌入其他数据采集系统实现脑电信号采集的微型脑电信号采集模块。
背景技术
脑-机接口(Brain-computer interface，BCI)技术是通过计算机监测、识别大脑思维意念信号模式，产生可控制和操纵周边通讯或工作设备的指令，以达到预想操作目的或实现与外界信息交流功能。这种技术在近几年才得以迅速发展，但尚未获得广泛应用，是一种全新生物反馈控制和信息交流技术。BCI的突出特点是不依赖于任何外周神经和肌肉响应，只依据大脑思维意念或感官反映所产生的脑电(Electroencephalograph，EEG)信号进行工作。
BCI技术为大脑开拓某种新的信息输出渠道，大大扩展人类对外界控制和交流信息的能力，实现人类直接用大脑思维活动的信号与外界进行通信，甚至对周围环境实施控制的梦想。就应用领域而言，关键理论和技术的突破，可以加速BCI技术在“大脑健康、肢体残障”病人神经自主控制中的推广和应用，将显著促进康复医学发展。
目前在BCI技术中，脑电信号由于是微伏电压等级，容易淹没在各种电磁干扰中，脑电信号的放大、滤波电路一直都是业界关注的硬件设计重点，往往需要耗费大量的时间进行测试，而且由于导联数量较大和电源的因素，体积也较大。
开发一种可以简单嵌入其他数据采集装置的微型脑电信号采集模块，将加速BCI技术在医疗康复等领域的应用进程。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可用于多导联的脑电信号采集，可以简单嵌入其他数据采集系统实现脑电信号采集的微型脑电信号采集模块。
本实用新型所采用的技术方案是：一种微型脑电信号采集模块，包括有用于连接多个头皮电极的电极接口，还依次串联连接的设置有：与电极接口连接并与多个头皮电极一一对应的多个一级放大器、多路选择器、二级隔离放大器、带通滤波器、工频陷波器以及三级放大器，其中，所述的多路选择器还连接外部装置的控制单元的选择信号输出，所述的三级放大器的输出端构成微型脑电信号采集模块的输出端。
所述的依次串联连接的多个一级放大器、多路选择器、二级隔离放大器、带通滤波器、工频陷波器以及三级放大器通过屏蔽外壳进行屏蔽。
所述的电极接口采用尖头铜针结构设置在屏蔽外壳上。
所述的多路选择器和三级放大器是采用插针结构实现与输入和输出信号的连接。
所述的一级放大器包括两个相同的仪表运算放大器，即第一仪表运算放大器和第二仪表运算放大器，所述的第一、第二仪表运算放大器的两个输入端脚2和脚3均连接单级电极接口，输出端脚6连接多路选择器，每一个仪表运算放大器的脚2和脚8之间连接一个用于设置放大倍数的电阻。
所述的多路选择器包括一个多路选择芯片，所述的多路选择芯片的脚1和脚10为控制输入端，连接外部装置的控制单元的选择信号输出，多路选择芯片的脚2和脚9为脑电输入端，分别对应连接一级放大器的第一仪表运算放大器和第二仪表运算放大器的脚6，多路选择芯片的脚8为输出端连接二级隔离放大器。
所述的二级隔离放大器，包括有一个集成芯片，所述集成芯片的脚19连接多路选择器中的多路选择芯片的输出端脚8，所述集成芯片的脚1为输出端脚，该端脚1所输出的信号连接带通滤波器。
所述的二级隔离放大器分别向一级放大器、带通滤波器、工频陷波器以及三级放大器提供电源。
所述的带通滤波器、工频陷波器以及三级放大器包括有一个双运放集成芯片和RC高通滤波电路及RC低通滤波电路，二级隔离放大器的输出信号经RC高通滤波电路滤波后进入双运放集成芯片，双运放集成芯片的输出经RC低通滤波电路滤波后构成所述微型脑电信号采集模块的总输出。
本实用新型的微型脑电信号采集模块，提供一路输出接口和若干根通道选择输入接口，用户可以通过微处理器选择脑电采集的通道，并直接和模数转换芯片连接，进行脑电数据采集。本实用新型的模块可用于多导联的脑电信号采集。
附图说明
图1是本实用新型的整体框图；
图2是第一级放大器电路原理图；
图3是多路选择开关原理图(以2路为例)；
图4是二级隔离放大器电路原理图；
图5是带通滤波器、工频陷波器以及三级放大器电路原理图。
其中：
1：电极接口 2：一级放大器
3：多路选择器 4：二级隔离放大器
5：带通滤波器 6：工频陷波器
7：三级放大器 8：屏蔽外壳
9：选择信号输出
具体实施方式
下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型是如何实现的。
如图1所示，本实用新型的微型脑电信号采集模块，包括有用于连接多个头皮电极的电极接口1，还依次串联连接的设置有：与电极接口1连接并与多个头皮电极一一对应的多个一级放大器2、多路选择器3、二级隔离放大器4、带通滤波器5、工频陷波器6以及三级放大器7，其中，所述的多路选择器3还连接外部装置的控制单元的选择信号输出9，所述的三级放大器7的输出端构成微型脑电信号采集模块的输出端。
所述的依次串联连接的多个一级放大器2、多路选择器3、二级隔离放大器4、带通滤波器5、工频陷波器6以及三级放大器7通过采用铝制金属的屏蔽外壳8进行屏蔽。所述的电极接口1采用尖头铜针结构设置在屏蔽外壳8上，可以有效地连接电极传输线的接口，减少串入的电磁干扰。
所述的多路选择器3和三级放大器7是采用插针结构实现与输入和输出信号的连接。
如图2所示(以2路为例)，所述的一级放大器1包括两个相同的仪表运算放大器，即第一仪表运算放大器U101和第二仪表运算放大器U102，所述的第一、第二仪表运算放大器U101/U102的两个输入端脚2和脚3均连接单级电极接口JP1，输出端脚6连接多路选择器3，每一个仪表运算放大器U101/U102的脚2和脚8之间连接一个用于设置放大倍数的电阻R1011/R1021。本模块中采用20的放大倍数，两个仪表运算放大器的供电电压为+15V和-15V。
如图3所示，所述的多路选择器3(以2路为例)包括一个多路选择芯片U103，所述的多路选择芯片U103的脚1(Pre_A0)和脚10(Pre_A1)为控制输入端，连接外部装置控制单元的选择信号输出9，多路选择芯片U103的脚2(EEG1)和脚9(EEG2)为脑电输入端，分别对应连接一级放大器2的第一仪表运算放大器U101和第二仪表运算放大器U102的脚6，多路选择芯片U103的脚8为输出端(EEC_C1)连接二级隔离放大器4。
如图4所示，所述的二级隔离放大器4，包括有一个集成芯片U105，所述集成芯片U105的脚19连接多路选择器3中的多路选择芯片U103的输出端脚8(EEC_C1)，所述集成芯片U105的脚1为输出端脚，该端脚1所输出的信号连接带通滤波器5。
所述的二级隔离放大器4分别向一级放大器2、带通滤波器5、工频陷波器6以及三级放大器7提供电源。
具体是脑电一级放大器2(AD620及外围电路)与集成在芯片U105(AD210)内部的第一只集成运放(电压跟随器)直接连接，经过集成在芯片内部的变压器耦合器，传输到集成在芯片U105(AD210)内部的第二只集成运放，并通过第二只运放搭建比例放大电路，形成第二级放大，放大倍数为50，放大倍数可以根据一级放大器2中的电阻R1018(参见图2)进行设定。集成在芯片U105(AD210)内部的两个DC/DC，分别产生隔离的两组正负电压，幅值为15V，可以为芯片U105(AD210)外的运放提供电源。
如图5所示，所述的带通滤波器5、工频陷波器6以及三级放大器7包括有一个双运放集成芯片U104和RC高通滤波电路及RC低通滤波电路，二级隔离放大器4的输出信号EEC_C2经RC高通滤波电路滤波后进入双运放集成芯片U104，双运放集成芯片U104的输出经RC低通滤波电路滤波后构成所述微型脑电信号采集模块的总输出OUTPUT。
即，采用双运放集成芯片t1062及外围电阻、电容完成工频陷波器，可以调节R1044，微调陷波的频率，同时，t1062的输出运放直接搭建第三级放大电路。
本实用新型的微型脑电信号采集模块，脑电放大是采用三级放大，电极接口直接与第一级放大电路连接，形成与导联数量相同的放大电路，经由多路选择开关和集成的变压器隔离，共用一路带通滤波电路和工频陷波电路，同时再进行二、三级的进一步放大。
本实用新型的微型脑电信号采集模块的供电电源为直流15V(允许正偏差1V)，输出的脑电信号的电压范围为-15V～+15V，通道选择信号兼容TTL电平标准。
本实用新型的微型脑电信号采集模块的放大倍数为10000～100000之间，可以根据需要对硬件进行调整，修改放大倍数。
Claims (9)
1.一种微型脑电信号采集模块，其特征在于，包括有用于连接多个头皮电极的电极接口(1)，还依次串联连接的设置有：与电极接口(1)连接并与多个头皮电极一一对应的多个一级放大器(2)、多路选择器(3)、二级隔离放大器(4)、带通滤波器(5)、工频陷波器(6)以及三级放大器(7)，其中，所述的多路选择器(3)还连接外部装置的控制单元的选择信号输出(9)，所述的三级放大器(7)的输出端构成微型脑电信号采集模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的微型脑电信号采集模块，其特征在于，所述的依次串联连接的多个一级放大器(2)、多路选择器(3)、二级隔离放大器(4)、带通滤波器(5)、工频陷波器(6)以及三级放大器(7)通过屏蔽外壳(8)进行屏蔽。
3.根据权利要求1所述的微型脑电信号采集模块，其特征在于，所述的电极接口(1)采用尖头铜针结构设置在屏蔽外壳(8)上。
4.根据权利要求1所述的微型脑电信号采集模块，其特征在于，所述的多路选择器(3)和三级放大器(7)是采用插针结构实现与输入和输出信号的连接。
5.根据权利要求1所述的微型脑电信号采集模块，其特征在于，所述的一级放大器(2)包括两个相同的仪表运算放大器，即第一仪表运算放大器(U101)和第二仪表运算放大器(U102)，所述的第一、第二仪表运算放大器(U101/U102)的两个输入端脚2和脚3均连接单级电极接口(JP1)，输出端脚6连接多路选择器(3)，每一个仪表运算放大器(U101/U102)的脚2和脚8之间连接一个用于设置放大倍数的电阻(R1011/R1021)。
6.根据权利要求1所述的微型脑电信号采集模块，其特征在于，所述的多路选择器(3)包括一个多路选择芯片(U103)，所述的多路选择芯片(U103)的脚1和脚10为控制输入端，连接外部装置的控制单元的选择信号输出(9)，多路选择芯片(U103)的脚2和脚9为脑电输入端，分别对应连接一级放大器(2)的第一仪表运算放大器(U101)和第二仪表运算放大器(U102)的脚6，多路选择芯片(U103)的脚8为输出端(EEC_C1)连接二级隔离放大器(4)。
7.根据权利要求1所述的微型脑电信号采集模块，其特征在于，所述的二级隔离放大器(4)，包括有一个集成芯片(U105)，所述集成芯片(U105)的脚19连接多路选择器(3)中的多路选择芯片(U103)的输出端脚8，所述集成芯片(U105)的脚1为输出端脚，该端脚1所输出的信号连接带通滤波器(5)。
8.根据权利要求7所述的微型脑电信号采集模块，其特征在于，所述的二级隔离放大器(4)分别向一级放大器(2)、带通滤波器(5)、工频陷波器(6)以及三级放大器(7)提供电源。
9.根据权利要求1所述的微型脑电信号采集模块，其特征在于，所述的带通滤波器(5)、工频陷波器(6)以及三级放大器(7)包括有一个双运放集成芯片(U104)和RC高通滤波电路及RC低通滤波电路，二级隔离放大器(4)的输出信号(EEC_C2)经RC高通滤波电路滤波后进入双运放集成芯片(U104)，双运放集成芯片(U104)的输出经RC低通滤波电路滤波后构成所述微型脑电信号采集模块的总输出(OUTPUT)。
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