CN207603577U - 低噪声运算放大电路和医疗电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施方式公开了一种低噪声运算放大电路,该低噪声运算放大电路包括光电转换模块、第一放大模块、第一谐振模块、第二放大模块、第二谐振模块和电信号输出端。光电转换模块将光源照射到待测人体样品后反射的光信号转换为电信号，第一放大模块对该电信号进行放大后输出到第一谐振模块进行滤波，第二放大模块对经滤波后的电信号进行降噪和放大处理后通过第二谐振模块进行再次滤波，经第二谐振模块滤波后的电信号通过电信号输出端输出。本实用新型还公开了一种医疗电子设备，包括上述低噪声运算放大电路。通过上述方式，本实用新型实施方式实现了对人体微弱的电信号进行精确放大，能够避免放大电路陷入自激、噪声大、频响差等问题。

Description

低噪声运算放大电路和医疗电子设备

技术领域

本实用新型实施方式涉及医疗器械领域，特别是涉及一种低噪声运算放大电路和医疗电子设备。

背景技术

近年来随着全球人类的增长以及人们健康意识的增强，医疗电子设备快速发展，人体数据的采集都依赖于医疗电子设备。由于人体电流、生物电信号往往是极其微弱而复杂的，因此需要通过放大电路对人体微弱的电信号进行放大，进而更精确地提取人体数据以便分析。

放大电路中单级放大的倍数比较有限，一般在100倍以下。若放大倍数很大，则单级放大电路负反馈就比较浅，不利于放大倍数的稳定性。另外，单级放大电路的输出相位对共模信号的抑制能力也存在局限。因此，若需要更高的放大倍数，则需要采用多级放大电路。但是，多级放大电路级数越多，尤其是放大电路级数超过3级时，放大电路陷入自激的可能性越大，另外，级数多还会带来噪声大、频响差等一系列问题。

实用新型内容

本实用新型实施方式主要解决的技术问题是提供一种低噪声运算放大电路，能够对人体微弱的电信号进行精确放大，也能够避免放大电路陷入自激、噪声大、频响差等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种低噪声运算放大电路。

其中，该低噪声运算放大电路包括：

光电转换模块，用于接收光源照射到待测人体样品后反射的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号；

第一放大模块，与所述光电转换模块连接，用于对所述光电转换模块输出的电信号进行放大；

第一谐振模块，与所述第一放大模块连接，用于对经所述第一放大模块放大后的电信号进行滤波；

第二放大模块，与所述第一谐振模块连接，用于对经所述第一谐振模块滤波后的电信号进行降噪和放大；

第二谐振模块，与所述第二放大模块连接，用于对经所述第二放大模块降噪和放大后的电信号进行滤波；

电信号输出端，与所述第二谐振模块连接，用于输出经所述第二谐振模块滤波后的电信号。

优选地，所述光电转换模块包括硅光电二极管；所述硅光电二极管的正极接地，所述硅光电二极管的负极与所述第一放大模块连接。

优选地，所述第一放大模块包括第一运算放大器、第一电阻和第一电容；

所述第一运算放大器的同相输入端接地，所述第一运算放大器的反相输入端与所述光电转换模块连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一谐振模块连接；

所述第一电阻的一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一电容与所述第一电阻并联。

优选地，所述第一谐振模块包括第二电阻和第二电容；

所述第二电阻的一端与所述第一放大模块连接，所述第二电阻的另一端经由所述第二电容接地，所述第二电阻和所述第二电容的公共连接端与所述第二放大模块连接。

优选地，所述第二放大模块包括第二运算放大器、第三电阻和第三电容；

所述第二运算放大器的同相输入端接地，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第一谐振模块连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二谐振模块连接；

所述第三电阻的一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第三电容与所述第三电阻并联。

优选地，所述第二放大模块还包括第四电阻；所述第四电阻的一端与所述第一谐振模块连接，所述第四电阻的另一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接。

优选地，所述第二谐振模块包括第五电阻、第四电容和第五电容；

所述第五电阻的一端与所述第二放大模块连接，所述第五电阻的另一端经由所述第四电容接地，所述第五电容与所述第四电容并联，所述第五电阻、第四电容、第五电容的公共连接端与所述电信号输出端连接。

为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种医疗电子设备。

其中，该医疗电子设备包括低噪声运算放大电路，该低噪声运算放大电路包括：

光电转换模块，用于接收光源照射到待测人体样品后反射的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号；

第一放大模块，与所述光电转换模块连接，用于对所述光电转换模块输出的电信号进行放大；

第一谐振模块，与所述第一放大模块连接，用于对经所述第一放大模块放大后的电信号进行滤波；

第二放大模块，与所述第一谐振模块连接，用于对经所述第一谐振模块滤波后的电信号进行降噪和放大；

第二谐振模块，与所述第二放大模块连接，用于对经所述第二放大模块降噪和放大后的电信号进行滤波；

电信号输出端，与所述第二谐振模块连接，用于输出经所述第二谐振模块滤波后的电信号。

本实用新型实施方式的有益效果是：本实用新型实施方式通过光电转换模块将光源照射到待测人体样品后反射的光信号转换为电信号，第一放大模块对该电信号进行放大，放大后的电信号经过第一谐振模块进行滤波，第二放大模块对经第一谐振模块滤波后的电信号进行降噪处理，获得低噪声的电信号，再对低噪声的电信号进行放大后通过第二谐振模块进行再次滤波，经第二谐振模块滤波后的电信号通过电信号输出端输出，以供医疗电子设备对电信号进行检测分析，获得待测人体样品对应的数据。从而，区别于现有技术的情况，本实用新型实施方式通过第一放大模块和第二放大模块对电信号进行两极放大，而且第一放大模块是对电信号进行放大，第二放大模块是对电信号进行降噪处理和放大处理，从而能够对采集到的光信号转换成的电信号进行稳定放大到所需的倍数，实现了对人体微弱的电信号进行精确放大，也能够避免放大电路陷入自激、噪声大、频响差等问题。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的原理框图；

图2是本实用新型一具体实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

参阅图1，本实用新型提供的低噪声运算放大电路包括光电转换模块10、第一放大模块20、第一谐振模块30、第二放大模块40、第二谐振模块40和电信号输出端Vout。

其中，光电转换模块10用于接收光源照射到待测人体样品后反射的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号；第一放大模块20与所述光电转换模块10连接，用于对所述光电转换模块10输出的电信号进行放大；第一谐振模块30与所述第一放大模块20连接，用于对经所述第一放大模块20放大后的电信号进行滤波；第二放大模块40与所述第一谐振模块30连接，用于对经所述第一谐振模块30滤波后的电信号进行降噪和放大；第二谐振模块40与所述第二放大模块40连接，用于对经所述第二放大模块40降噪和放大后的电信号进行滤波；电信号输出端Vout与所述第二谐振模块40连接，用于输出经所述第二谐振模块40滤波后的电信号。

本实用新型低噪声运算放大电路应用于医疗电子设备，本领域技术人员应该理解的是，为采集人体相关数据，医疗电子设备通过其光源发射装置发射光源(如激光)照射到待测人体样品(如人体血液)上，光源照射到待测人体样品后发生反射，医疗电子设备通过采集光源照射到待测人体样品后反射的光信号，利用该光信号来对人体电信号进行检测分析，从而实现对人体数据的采集。

在本实用新型实施例中，光电转换模块10将光源照射到待测人体样品后反射的光信号转换为电信号，第一放大模块20对该电信号进行放大，放大后的电信号经过第一谐振模块30进行滤波，第二放大模块40对经第一谐振模块30滤波后的电信号进行降噪处理，获得低噪声的电信号，再对该低噪声的电信号进行放大后通过第二谐振模块40进行再次滤波，经第二谐振模块40滤波后的电信号通过电信号输出端Vout输出，电信号输出端Vout将电信号输出给医疗电子设备的主处理器，以通过医疗电子设备的主处理器根据经本实用新型低噪声运算放大电路精确放大后的电信号进行检测分析，从而获得待测人体样品对应的数据，实现对人体数据的采集。

区别于现有技术，本实用新型低噪声运算放大电路通过第一放大模块20和第二放大模块40对电信号进行两极放大，而且第一放大模块20是对电信号进行放大，第二放大模块40是对电信号进行降噪处理和放大处理，从而能够对采集到的光信号转换成的电信号进行稳定放大到所需的倍数，实现了对人体微弱的电信号进行精确放大，也能够避免放大电路陷入自激、噪声大、频响差等问题。

再参阅图2，本实用新型一具体实施例中，所述光电转换模块10包括硅光电二极管Q1；所述硅光电二极管Q1的正极接地，所述硅光电二极管Q1的负极与所述第一放大模块20连接。

如图2所示，所述第一放大模块20包括第一运算放大器U1、第一电阻R1和第一电容C1。

所述第一运算放大器U1的同相输入端接地，所述第一运算放大器U1的反相输入端与所述光电转换模块10连接，具体如图2中，第一运算放大器U1的反相输入端与硅光电二极管Q1的负极连接，所述第一运算放大器U1的输出端与所述第一谐振模块30连接。

所述第一电阻R1的一端与所述第一运算放大器U1的反相输入端连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第一运算放大器U1的输出端连接，所述第一电容C1与所述第一电阻R1并联。

如图2所示，所述第一谐振模块30包括第二电阻R2和第二电容C2。

所述第二电阻R2的一端与所述第一放大模块20连接，具体如图2中，第二电阻R2的一端与第一运算放大器U1的输出端连接，所述第二电阻R2的另一端经由所述第二电容C2接地，所述第二电阻R2和所述第二电容C2的公共连接端与所述第二放大模块40连接。

如图2所示，所述第二放大模块40包括第二运算放大器U2、第三电阻R3和第三电容C3。本实施例优选地，第二运算放大器U2为具有降噪和放大功能的精密运算放大器。

所述第二运算放大器U2的同相输入端接地，所述第二运算放大器U2的反相输入端与所述第一谐振模块30连接，具体如图2中，第二运算放大器U2的反相输入端与第二电阻R2和第二电容C2的公共连接端连接，所述第二运算放大器U2的输出端与所述第二谐振模块40连接。

所述第三电阻R3的一端与所述第二运算放大器U2的反相输入端连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第二运算放大器U2的输出端连接，所述第三电容C3与所述第三电阻R3并联。

具体地，所述第二放大模块40还包括第四电阻R4；所述第四电阻R4的一端与所述第一谐振模块30连接，所述第四电阻R4的另一端与所述第二运算放大器U2的反相输入端连接，具体如图2中，第四电阻R4连接于第二电阻R2和第二电容C2的公共连接端与第二运算放大器U2的反相输入端之间。

如图2所示，所述第二谐振模块40包括第五电阻R5、第四电容C4和第五电容C5。

所述第五电阻R5的一端与所述第二放大模块40连接，具体如图2中，第五电阻R5的一端与第二运算放大器U2的输出端连接，所述第五电阻R5的另一端经由所述第四电容C4接地，所述第五电容C5与所述第四电容C4并联，所述第五电阻R5、第四电容C4、第五电容C5的公共连接端与所述电信号输出端Vout连接。

如图1和图2所示，本实用新型低噪声运算放大电路的工作原理具体描述如下：

当医疗电子设备的光源发射装置发射光源到待测人体样品上时，如图2所示，光电转换模块10中，硅光电二极管Q1接收光源照射到待测人体样品后反射的光信号，并将该将转换为电信号后输出，此时硅光电二极管Q1输出的电信号是微弱的电信号，该微弱的电信号代表待测人体样品对应的人体微弱的电信号。

第一放大模块20中，硅光电二极管Q1输出的微弱的电信号输入到第一运算放大器U1的反相输入端，第一运算放大器U1对硅光电二极管Q1输出的微弱的电信号进行放大，并输出经放大后的电信号。第一电阻R1限制第一运算放大器U1对电信号进行放大的倍数，第一电阻R1和第一电容C1构成一高通滤波器，第一电阻R1和第一电容C1构成的高通滤波器滤除输入到第一运算放大器U1的部分高频信号，增强第一放大模块20对电信号进行放大的稳定性。

第一谐振模块30中，第二电阻R2和第二电容C2对第一运算放大器U1输出的电信号进行滤波，并将经滤波后的电信号输出。

第二放大模块40中，经第二电阻R2和第二电容C2滤波后的电信号通过第四电阻R4输入到第二运算放大器U2的反相输入端，第二运算放大器U2对经第二电阻R2和第二电容C2滤波后的电信号进行降噪处理，并对经降噪处理后的电信号进行放大后输出。第三电阻R3限制第二运算放大器U2对电信号进行放大的倍数，第三电阻R3和第三电容C3构成一高通滤波器，第三电阻R3和第三电容C3构成的高通滤波器滤除输入到第二运算放大器U2的部分高频信号，增强第二放大模块40对电信号进行放大的稳定性。

第二谐振模块40中，第五电阻R5、第四电容C4和第五电容C5对第二运算放大器U2输出的电信号进行滤波，并将经滤波后的电信号输出至电信号输出端Vout，以通过电信号输出端Vout将经降噪和精确放大等处理后获得的稳定电信号输出给医疗电子设备的主处理器，以通过医疗电子设备的主处理器根据经本实用新型低噪声运算放大电路精确放大后的电信号进行检测分析，从而获得待测人体样品对应的数据，实现对人体数据的采集。

本实用新型还提供了一种医疗电子设备，该医疗电子设备包括低噪声运算放大电路，该低噪声运算放大电路的结构、工作原理以及所带来的有益效果均参照上述实施例，此处不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种低噪声运算放大电路，其特征在于，包括：

光电转换模块，用于接收光源照射到待测人体样品后反射的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号；

第一放大模块，与所述光电转换模块连接，用于对所述光电转换模块输出的电信号进行放大；

第一谐振模块，与所述第一放大模块连接，用于对经所述第一放大模块放大后的电信号进行滤波；

第二放大模块，与所述第一谐振模块连接，用于对经所述第一谐振模块滤波后的电信号进行降噪和放大；

第二谐振模块，与所述第二放大模块连接，用于对经所述第二放大模块降噪和放大后的电信号进行滤波；

电信号输出端，与所述第二谐振模块连接，用于输出经所述第二谐振模块滤波后的电信号。

2.根据权利要求1所述的低噪声运算放大电路，其特征在于，所述光电转换模块包括硅光电二极管；所述硅光电二极管的正极接地，所述硅光电二极管的负极与所述第一放大模块连接。

3.根据权利要求1所述的低噪声运算放大电路，其特征在于，所述第一放大模块包括第一运算放大器、第一电阻和第一电容；

所述第一运算放大器的同相输入端接地，所述第一运算放大器的反相输入端与所述光电转换模块连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一谐振模块连接；

所述第一电阻的一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一电容与所述第一电阻并联。

4.根据权利要求1所述的低噪声运算放大电路，其特征在于，所述第一谐振模块包括第二电阻和第二电容；

所述第二电阻的一端与所述第一放大模块连接，所述第二电阻的另一端经由所述第二电容接地，所述第二电阻和所述第二电容的公共连接端与所述第二放大模块连接。

5.根据权利要求1所述的低噪声运算放大电路，其特征在于，所述第二放大模块包括第二运算放大器、第三电阻和第三电容；

所述第二运算放大器的同相输入端接地，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第一谐振模块连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二谐振模块连接；

所述第三电阻的一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第三电容与所述第三电阻并联。

6.根据权利要求5所述的低噪声运算放大电路，其特征在于，所述第二放大模块还包括第四电阻；所述第四电阻的一端与所述第一谐振模块连接，所述第四电阻的另一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的低噪声运算放大电路，其特征在于，所述第二谐振模块包括第五电阻、第四电容和第五电容；

所述第五电阻的一端与所述第二放大模块连接，所述第五电阻的另一端经由所述第四电容接地，所述第五电容与所述第四电容并联，所述第五电阻、第四电容、第五电容的公共连接端与所述电信号输出端连接。

8.一种医疗电子设备，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的低噪声运算放大电路。