CN215739008U - 一种eeg信号通道采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种EEG信号通道采集电路，包括：输入保护电路Input Protect；与输入保护电路Input Protect相连的第一缓冲器buffer、第二缓冲器buffer；与第一缓冲器buffer、第二缓冲器buffer相连的差分低通滤波器Diff LPF；与差分低通滤波器Diff LPF相连的仪表放大器INA；与仪表放大器INA相连的第三缓冲器buffer；与第三缓冲器buffer相连的低通滤波器LPF；与低通滤波器LPF相连的放大器AMP；与放大器AMP相连的模数转换器ADC。该电路能够实现抗干扰、低噪声、高增益、高驱动能力的技术效果。

Description

一种EEG信号通道采集电路

技术领域

本实用新型涉及信号采集技术领域，特别是涉及一种EEG信号通道采集电路。

背景技术

生物电是生物体的最基本的生理现象，通过对生物电信号的监测可以对多种生理疾病(如脑血栓、心肌梗塞、心律失常以及心脏骤停等心脑血管疾病)进行诊断和预防。此外，生物电信号还能用于脑机接口、康复医学、睡眠监测等领域的研究。各种生物电位的测量都需要使用生物医用电极，生物电监测电极作为测量系统的重要组成单元，直接与人体接触采集生物电信号，是生物电传感器中最为核心的部件。

当前对生物电信号例如EEG信号的采集一般是基于非侵入式EEG信号的采集，EEG信号通道采集电路存在的主要缺陷为：

1.无输入保护电路。现有EEG模拟前端电路即EEG信号通道采集电路无输入保护，当电路带有干预功能时，则无法应对由于电压增加而导致的过应力或者干扰。

2.增益倍数有限。一般EEG模拟前端电路只由仪表放大器提供一次放大，而仪表放大器的放大倍数有限，则导致整个AFE放大倍数有限。

3.无buffer元件。现有技术的EEG微弱信号提取电路中无buffer元件，则对电极佩戴紧帖度的要求极高，一旦电极稍有接触不紧密的情况出现，则会造成接触阻抗变大，而接触阻抗变大则会导致输入电流很小，一旦输入电流过小则很可能无法驱动后面的电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种EEG信号通道采集电路，其带有输入保护电路和buffer元件，能够实现抗干扰、低噪声、高增益、高驱动能力的技术效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种EEG信号通道采集电路，包括：

输入保护电路Input Protect；

与输入保护电路Input Protect相连的第一缓冲器buffer、第二缓冲器buffer；

与第一缓冲器buffer、第二缓冲器buffer相连的差分低通滤波器Diff LPF；

与差分低通滤波器Diff LPF相连的仪表放大器INA；

与仪表放大器INA相连的第三缓冲器buffer；

与第三缓冲器buffer相连的低通滤波器LPF；

与低通滤波器LPF相连的放大器AMP；

与放大器AMP相连的模数转换器ADC。

优选的，所述输入保护电路Input Protect具有两个输入端，分别连接测试电极和参考电极，接入测试电极采集的信号和参考电极采集的信号。

优选的，所述输入保护电路Input Protect用于抑制电路电压增加时导致的过应力或者干扰。

优选的，所述输入保护电路Input Protect具有两个输出端，分别连接第一缓冲器buffer的输入端和第二缓冲器buffer的输入端。

优选的，所述电路还包括：与输入保护电路Input Protect相连的测试电极和参考电极。

优选的，所述差分低通滤波器Diff LPF具有两个输出端，分别连接仪表放大器INA的正向输入端和反相输入端。

本实用新型所提供的一种EEG信号通道采集电路，通过输入保护电路防止采集信号的干扰，通过buffer元件保障驱动能力，并通过仪表放大器、低通滤波器、放大器先后进行三次放大已达到高增益，最终实现对EEG信号采集的抗干扰、低噪声、高增益、高驱动能力的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的一种EEG信号通道采集电路的示意图；

图2为本实用新型所提供的基于8通道的EEG信号通道采集电路图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种EEG信号通道采集电路，其具有抗干扰、低噪声、高增益、高驱动能力等特点。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型所提供的一种EEG信号通道采集电路的结构图，包括：

输入保护电路Input Protect；

与输入保护电路Input Protect相连的第一缓冲器buffer、第二缓冲器buffer；

与第一缓冲器buffer、第二缓冲器buffer相连的差分低通滤波器Diff LPF；

与差分低通滤波器Diff LPF相连的仪表放大器INA；

与仪表放大器INA相连的第三缓冲器buffer；

与第三缓冲器buffer相连的低通滤波器LPF；

与低通滤波器LPF相连的放大器AMP；

与放大器AMP相连的模数转换器ADC。

其中，图1中标记101表示输入保护电路Input Protect，标记102表示第一缓冲器buffer，标记103表示第二缓冲器buffer，标记104表示差分低通滤波器Diff LPF，标记105表示仪表放大器INA，标记106表示第三缓冲器buffer，标记107表示低通滤波器LPF，标记108表示放大器AMP，标记109表示模数转换器ADC。

其中，输入保护电路Input Protect具有两个输入端，分别连接测试电极和参考电极，接入测试电极采集的信号和参考电极采集的信号。输入保护电路Input Protect用于抑制电路电压增加时导致的过应力或者干扰。

其中，输入保护电路Input Protect具有两个输出端，分别连接第一缓冲器buffer的输入端和第二缓冲器buffer的输入端。所述差分低通滤波器Diff LPF具有两个输出端，分别连接仪表放大器INA的正向输入端和反相输入端。

进一步的，EEG信号通道采集电路还包括：与输入保护电路Input Protect相连的测试电极和参考电极。

详细的，输入保护电路(Input protection)用于防止电极间距离增加，或电压增加时导致的过应力或者干扰。Buffer用于在输入电流很小的情况下，使电路仍具有较高的驱动能力。差分低通滤波器(Diff LPF)用于进行射频干扰(RFI)滤波，从而切断以辐射方式传播的电磁干扰的路径。仪表放大器(INA)用于抑制闪烁噪声(1/f噪声<100Hz)，提供高的开环增益，改善线性度并减少增益误差。低通滤波器(LPF)用于滤除残留的斩波纹波和其他高频噪声，并提供一定可编程增益。放大器(Amp)用于提供可编程增益。高增益的技术效果是通过仪表放大器为系统提供第一次增益、低通滤波器为系统提供第二次增益、放大器为系统提供第三次增益来实现的。

本电路包括：输入保护电路，Buffer，差分低通滤波器，仪表放大器，低通滤波器，放大器、模数转换器；各模块之间通过信号传输媒介连接；信号采集后传输至输入保护电路，输入保护电路通过Buffer连接至差分低通滤波器，差分低通滤波器的输出连接到仪表放大器，仪表放大器的输出信号通过Buffer连接到低通滤波器，从而输出两路信号分别输入到放大器的+、-输入端。该电路能够实现抗干扰、低噪声、高增益、高驱动能力的技术效果。此电路设计了一个差分低通滤波器来进行RFI滤波，和一个仪表放大器来抑制闪烁噪声和为电路提供增益。输入保护电路与差分低通滤波器之间通过两个并联的Buffer相连接。差分低通滤波器的两路输出分别作为仪表放大器的+输入端、-输入端。信号在经过仪表放大之后，再次进入一个低通滤波器，该低通滤波器主要作用是进行抗混叠滤波和为电路提供增益。低通滤波器输出两路信号分别连接到放大器的+、-输入端。之后，放大器再次对系统提供一次增益。本实施例中，电路结构还包括模数转换器(ADC)，模数转换器将输入的模拟信号转化为数字信号，最后输出采集、滤波、放大后的信号。

可见，该电路通过输入保护电路防止采集信号的干扰，通过buffer元件保障驱动能力，并结合多级滤波器和放大器，最终实现对EEG信号采集的抗干扰、低噪声、高增益、高驱动能力的技术效果。差分低通滤波器(Diff LPF)进行RFI滤波，仪表放大器(INA)用于抑制闪烁噪声(1/f噪声<100Hz)。低通滤波器(LPF)，滤除剩余的高频段噪声(除闪烁噪声外的其余噪声>100Hz)。带有输入保护电路，防止电极间距离增加，或电压增加时导致的过应力或者干扰。电路中带有Buffer，使得电路在输入电流很小的情况下，使电路仍具有较高的驱动能力，能够正常运行。电路增益高，达到大于80dB的增益，通过仪表放大器(INA)，低通滤波器(LPF)，和放大器(Amp)先后进行三次放大以达到高增益。本实用新型也是基于非侵入式EEG信号采集的模拟前端IC设计，带有输入保护以及Buffer驱动的低噪声，小功率，高增益的电路。

图2为本实用新型所提供的基于8通道的EEG信号通道采集电路图。本实施例中，对生物电信号、尤其是EEG信号采集的模拟前端电路模块优选设计为8个通道同步采集电路，以同时采集信号。优选地，每个EEG信号通道的采集电路还包括接触电极，其包括一个测试电极和一个参考电极(电极位置可根据测量实际需求按照国际10-20系统放置)，用于采集生物电信号即EEG信号，并传输至输入保护电路。参考表1，表1为8通道EEG信号采集的性能指标。每个EEG信号通道采集电路由一个测试电极和一个参考电极(电极位置根据测量实际需求按照国际10-20系统放置)与人体皮肤相连。通过接触电极，首先需要一个输入保护电路来抑制电路电压增加时导致的过应力或者干扰。Buffer在电路中的作用在于在电流很小的情况下，使电路仍具有较强的驱动能力。此电路设计了一个差分低通滤波器(Differential LPF)来进行RFI滤波，和一个仪表放大器(INA)来抑制闪烁噪声和为电路提供增益。在经过仪表放大之后，再次进入一个低通滤波器，这个低通滤波主要进行抗混叠滤波和为电路提供增益。之后，放大器AMP再次对系统提供一次增益。最后，进入模数转换器(ADC)将模拟信号转化为数字信号，输出采集，滤波放大后的EEG信号。

表1

以上对本实用新型所提供的一种EEG信号通道采集电路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种EEG信号通道采集电路，其特征在于，包括：

输入保护电路Input Protect；

与输入保护电路Input Protect相连的第一缓冲器buffer、第二缓冲器buffer；

与第一缓冲器buffer、第二缓冲器buffer相连的差分低通滤波器Diff LPF；

与差分低通滤波器Diff LPF相连的仪表放大器INA；

与仪表放大器INA相连的第三缓冲器buffer；

与第三缓冲器buffer相连的低通滤波器LPF；

与低通滤波器LPF相连的放大器AMP；

与放大器AMP相连的模数转换器ADC。

2.如权利要求1所述的EEG信号通道采集电路，其特征在于，所述输入保护电路InputProtect具有两个输入端，分别连接测试电极和参考电极，接入测试电极采集的信号和参考电极采集的信号。

3.根据权利要求2所述的EEG信号通道采集电路，其特征在于，所述输入保护电路InputProtect用于抑制电路电压增加时导致的过应力或者干扰。

4.根据权利要求1所述的EEG信号通道采集电路，其特征在于，所述输入保护电路InputProtect具有两个输出端，分别连接第一缓冲器buffer的输入端和第二缓冲器buffer的输入端。

5.根据权利要求2所述的EEG信号通道采集电路，其特征在于，还包括：与输入保护电路Input Protect相连的测试电极和参考电极。

6.根据权利要求1所述的EEG信号通道采集电路，其特征在于，所述差分低通滤波器Diff LPF具有两个输出端，分别连接仪表放大器INA的正向输入端和反相输入端。

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