CN215839116U - 脑电信号采集终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脑电信号采集终端，其包括脑电导联器、低通滤波电路、生物电采集器、微处理器和电源管理电路；脑电导联器的输出端连接低通滤波电路的输入端，低通滤波电路的输出端连接生物电采集器的输入端，生物电采集器的输入端连接微处理器的输入端。本实用新型舍弃了传统的分立式元器件搭建方案，而采用集成的生物电采集专用芯片，并且通过提供直流电源供电方案，大大减少了在采集脑电过程中引入的外界噪声。

Description

脑电信号采集终端

技术领域

本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种脑电信号采集终端。

背景技术

21世纪是脑科学研究迸发的时代，脑电信号采集设备作为人类探索脑科学的窗口，在临床医学、脑-机接口等领域都有着重要的研究价值。目前市面上脑电采集设备都是采用传统的分立式元器件搭建方案，引入了较多的外界噪声。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，针对现有的脑电信号采集终端采集的脑电信号噪声较多的问题，提供一种脑电信号采集终端。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种脑电信号采集终端。

一种脑电信号采集终端，包括脑电导联器、低通滤波电路、生物电采集器、微处理器和电源管理电路；所述脑电导联器的输出端连接所述低通滤波电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端连接所述生物电采集器的输入端，所述生物电采集器的输入端连接所述微处理器的输入端。

所述电源管理电路包括直流电源、第一低压线性稳压器、第一电压逆变器、第二低压线性稳压器和第三低压线性稳压器；所述直流电源与所述第一低压线性稳压器的输入端连接，所述第一低压线性稳压器的第一输出端与所述微处理器连接；所述第一低压线性稳压器的第二输出端分别与所述第二低压线性稳压器的输入端、所述第一电压逆变器的输出端连接，所述第二低压线性稳压器的输出端连接所述生物电采集器，所述第一电压逆变器的输出端与所述第三低压线性稳压器的输入端连接，所述第三低压线性稳压器的输出端连接所述生物电采集器。

其中，所述脑电导联器包括多个电极；所述低通滤波电路包括多个低通滤波单元，多个所述低通滤波单元与多个所述低通滤波单元一一对应连接；多个所述低通滤波单元均连接至所述生物电采集器。

所述低通滤波单元包括第一电阻、第一电容和稳压二极管；所述第一电阻的第一端连接一所述电极，所述第一电阻的第二端分别与所述第一电容的第一端、所述稳压二极管的负极连接；所述稳压二极管的正极和所述第一电容的第二端均连接至地端，所述第一电阻的第二端连接至所述生物电采集器。

其中，所述生物电采集器包括EM滤波器、数据选择器、可编程增益放大器、右腿驱动电路、模拟数字转换器和微处理单元；所述EM滤波器的输入端与所述低通滤波电路连接，所述EM滤波器的输出端与所述数据选择器的输入端连接，所述数据选择器的输出端与所述可编程增益放大器的输入端连接，所述可编程增益放大器的输出端分别与所述模拟数字转换器的输入端、所述右腿驱动电路连接；所述模拟数字转换器的输出端与所述微处理单元连接，所述微处理单元与所述微处理器连接。

其中，所述模拟数字转换器为24位同步采样Σ-Δ型模数转换器。

其中，所述微处理器的型号为STM32F207，所述微处理器的每一电源引脚和地端之间均连接有一滤波电容。

其中，所述微处理器还包括数字信号接地端和模拟信号接地端，所述数字信号接地端和所述模拟信号接地端之间连接有第二电阻，所述第二电阻的阻值为0。

其中，所述第一低压线性稳压器的型号为LM1117，所述第二低压线性稳压器的型号为TPS73225，所述第三低压线性稳压器的型号为TPS72325；所述直流电源的电压为6V，所述第一低压线性稳压器的第一输出端的电压为3.3V，所述第一低压线性稳压器的第二输出端的电压为5V，所述第二低压线性稳压器的输出端的电压为2.5V，所述第三低压线性稳压器的输出端的电压为-2.5V。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：舍弃了传统的分立式元器件搭建方案，而采用集成的生物电采集专用芯片，并且通过提供直流电源供电方案，大大减少了在采集脑电过程中引入的外界噪声。

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是本实用新型提供的脑电信号采集终端的实施例的电路结构示意图；

图2是本实用新型提供的低通滤波单元的实施例的电路结构示意图；

图3是本实用新型提供的生物电采集器的实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

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。

请参见图1，是本实用新型提供的脑电信号采集终端的实施例的电路结构示意图。

一种脑电信号采集终端，包括脑电导联器1、低通滤波电路2、生物电采集器3、微处理器4和电源管理电路；脑电导联器1的输出端连接低通滤波电路2 的输入端，低通滤波电路2的输出端连接生物电采集器3的输入端，生物电采集器3的输入端连接微处理器4的输入端。

电源管理电路包括直流电源51、第一低压线性稳压器52、第一电压逆变器55、第二低压线性稳压器53和第三低压线性稳压器54；直流电源51与第一低压线性稳压器52的输入端连接，第一低压线性稳压器52的第一输出端与微处理器4连接；第一低压线性稳压器52的第二输出端与第二低压线性稳压器53 的输入端连接，第二低压线性稳压器53的输出端连接生物电采集器3；第一低压线性稳压器52的第二输出端与第一电压逆变器55的输入端连接，第一电压逆变器55的输出端与第三低压线性稳压器54的输入端连接，第三低压线性稳压器54的输出端连接生物电采集器3。

首先由生物干电极以单端导联方式采集原始脑电信号，经过低通滤波电路2 的无源式预处理后由生物电采集器3将信号放大、采样并将转换后的数字信号传输至微处理器4，微处理器4对脑电数据进行打包后，将脑电数据发送至外部端口。

本实用新型实施例舍弃了传统的分立式元器件搭建方案，而采用集成的生物电采集专用芯片，并且通过提供直流电源供电方案，大大减少了在采集脑电过程中引入的外界噪声。

其中，脑电导联器1包括多个电极；低通滤波电路2包括多个低通滤波单元，多个低通滤波单元与多个低通滤波单元一一对应连接；多个低通滤波单元均连接至生物电采集器3。

如图2所示，低通滤波单元包括第一电阻R1、第一电容C1和稳压二极管 D1；第一电阻R1的第一端连接一电极，第一电阻R1的第二端分别与第一电容 C1的第一端、稳压二极管D1的负极连接；稳压二极管D1的正极和第一电容 C1的第二端均连接至地端，第一电阻R1的第二端连接至生物电采集器3。由于原始脑电信号微弱，容易收到实验环境的高频信号干扰，故设计了由RC组成的低通滤波单元。为了防止静电击穿毁坏芯片，需要对输入信号进行限压处理，故在低通滤波单元的前级输入端并联了稳压二极管。

其中，如图3所示，生物电采集器3包括EM滤波器、数据选择器32、可编程增益放大器33、右腿驱动电路34、模拟数字转换器35和微处理单元36； EM滤波器的输入端与低通滤波电路2连接，EM滤波器的输出端与数据选择器 32的输入端连接，数据选择器32的输出端与可编程增益放大器33的输入端连接，可编程增益放大器33的输出端分别模拟数字转换器35的输入端、右腿驱动电路34连接；模拟数字转换器35的输出端与微处理单元36连接，微处理单元36与微处理器4连接。EMI滤波器31能够有效抑制共模干扰与差模干扰，多路复用器可用于进行内部方波以及芯片内部热噪声测试，可编程增益放大器 33可以自行通过嵌入式程序进行1、2、4、8、12、24倍增益配置，最终脑电信号通过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号输入到生物电采集器3的微处理单元36，微处理器4通过与该微处理单元36的GPIO、SPI进行逻辑控制与数据通信。

右腿驱动电路34(Right-leg driver)本质上是一个负反馈电路，因在心电采集中测量电极放置于人体右腿而得名。该电路原理是当生物电极采集到包含共模干扰的原始信号后，将共模信号放大、反相后通过偏置电极接回人体，在人体上形成偏置电压，利用负反馈消除共模干扰，提高共模抑制比。右腿驱动电路 34通常用于生物信号放大器，由于脑电信号是脑部特定的点与点之间的电势差，电压信号十分微小，信号幅度在5μV～100μV之间，典型值为20μV。由于受试者身体作为天线会受到测试环境的电磁干扰，如50Hz的家用供电工频干扰，这种干扰可能会掩盖人体的生物信号，使得信号难以测量。右腿驱动电路34可以在不影响采集人体脑电的前提下有效抑制人体上的工频干扰，提高电路的共模抑制比，能够更容易的从噪声及干扰中分离出脑电信号，并具有实时动态调整能力。

其中，模拟数字转换器35为24位同步采样Σ-Δ型模数转换器。24位同步采样∑-△ADC，主要功能是将采集到的脑电模拟信号转化为MCU能识别的数字信号。∑–△ADC相较于一般ADC而言具有成本低、线性度好、分辨率高等优点，随着CMOS向更小尺寸发展和集成电路工艺技术的成熟，∑–△结构的 ADC已经越来越多的出现在像ADS1299此类的混合信号集成电路芯片中。

与传统ADC原理不同，∑-△ADC是根据抽样数据前后量值的差值即增量大小来进行量化编码。∑–△型ADC由两部分组成，第一部分为模拟∑–△调制器，第二部分为数字抽取滤波器。模拟∑–△调制器以非常高的的抽样频率对输入信号进行抽样，并对抽样之间的差值进行低位量化，从而得到用低位数码表示的∑–△码；然后将∑–△码发送给数字抽取滤波器进行抽取滤波，最后得到高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号。

其中，微处理器4的型号为STM32F207，微处理器4的每一电源引脚和地端之间均连接有一滤波电容。

其中，微处理器4还包括数字信号接地端和模拟信号接地端，数字信号接地端和模拟信号接地端之间连接有第二电阻，第二电阻的阻值为0。数字地与模拟地采用0Ω电阻隔离，原理是通过电阻来获得窄电流通路，有效限制环路电流，抑制噪声。

其中，第一低压线性稳压器52的型号为LM1117，第二低压线性稳压器53 的型号为TPS73225，第三低压线性稳压器54的型号为TPS72325；直流电源51 的电压为6V，第一低压线性稳压器52的第一输出端的电压为3.3V，第一低压线性稳压器52的第二输出端的电压为5V，第二低压线性稳压器53的输出端的电压为2.5V，第三低压线性稳压器54的输出端的电压为-2.5V。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种脑电信号采集终端，其特征在于，包括脑电导联器、低通滤波电路、生物电采集器、微处理器和电源管理电路；所述脑电导联器的输出端连接所述低通滤波电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端连接所述生物电采集器的输入端，所述生物电采集器的输入端连接所述微处理器的输入端；

所述电源管理电路包括直流电源、第一低压线性稳压器、第一电压逆变器、第二低压线性稳压器和第三低压线性稳压器；所述直流电源与所述第一低压线性稳压器的输入端连接，所述第一低压线性稳压器的第一输出端与所述微处理器连接；所述第一低压线性稳压器的第二输出端分别与所述第二低压线性稳压器的输入端、所述第一电压逆变器的输出端连接，所述第二低压线性稳压器的输出端连接所述生物电采集器，所述第一电压逆变器的输出端与所述第三低压线性稳压器的输入端连接，所述第三低压线性稳压器的输出端连接所述生物电采集器。

2.如权利要求1所述的脑电信号采集终端，其特征在于，所述脑电导联器包括多个电极；所述低通滤波电路包括多个低通滤波单元，多个所述低通滤波单元与多个所述低通滤波单元一一对应连接；多个所述低通滤波单元均连接至所述生物电采集器；

所述低通滤波单元包括第一电阻、第一电容和稳压二极管；所述第一电阻的第一端连接一所述电极，所述第一电阻的第二端分别与所述第一电容的第一端、所述稳压二极管的负极连接；所述稳压二极管的正极和所述第一电容的第二端均连接至地端，所述第一电阻的第二端连接至所述生物电采集器。

3.如权利要求1所述的脑电信号采集终端，其特征在于，所述生物电采集器包括EM滤波器、数据选择器、可编程增益放大器、右腿驱动电路、模拟数字转换器和微处理单元；所述EM滤波器的输入端与所述低通滤波电路连接，所述EM滤波器的输出端与所述数据选择器的输入端连接，所述数据选择器的输出端与所述可编程增益放大器的输入端连接，所述可编程增益放大器的输出端分别与所述模拟数字转换器的输入端、所述右腿驱动电路连接；所述模拟数字转换器的输出端与所述微处理单元连接，所述微处理单元与所述微处理器连接。

4.如权利要求3所述的脑电信号采集终端，其特征在于，所述模拟数字转换器具体为24位同步采样Σ-Δ型模数转换器。

5.如权利要求1所述的脑电信号采集终端，其特征在于，所述微处理器的型号为STM32F207，所述微处理器的每一电源引脚和地端之间均连接有一滤波电容。

6.如权利要求5所述的脑电信号采集终端，其特征在于，所述微处理器还包括数字信号接地端和模拟信号接地端，所述数字信号接地端和所述模拟信号接地端之间连接有第二电阻，所述第二电阻的阻值为0。

7.如权利要求1所述的脑电信号采集终端，其特征在于，所述第一低压线性稳压器的型号为LM1117，所述第二低压线性稳压器的型号为TPS73225，所述第三低压线性稳压器的型号为TPS72325；所述直流电源的电压为6V，所述第一低压线性稳压器的第一输出端的电压为3.3V，所述第一低压线性稳压器的第二输出端的电压为5V，所述第二低压线性稳压器的输出端的电压为2.5V，所述第三低压线性稳压器的输出端的电压为-2.5V。

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