CN220043383U - 一种应用于传感器的前置放大器和心率传感器 - Google Patents

一种应用于传感器的前置放大器和心率传感器 Download PDF

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CN220043383U CN202321311168.5U CN202321311168U CN220043383U CN 220043383 U CN220043383 U CN 220043383U CN 202321311168 U CN202321311168 U CN 202321311168U CN 220043383 U CN220043383 U CN 220043383U
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蔡康康
胡铁刚
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Abstract

本实用新型公开一种应用于传感器的前置放大器和心率传感器，前置放大器包括跨阻放大器、第一采样电路和第二采样电路，第一采样电路在跨阻放大器工作时，将跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并存储该电压信号，在跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过第一差分输出端输出，第二采样电路在跨阻放大器工作时，将跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并存储该电压信号，在跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过第二差分输出端输出。第一采样电路和第二采样电路存储跨阻放大器输出的电压信号，在跨阻放大器停止工作后，将存储的电压输出，从而减小跨阻放大器和LED的工作时长，降低传感器的功耗。

Description

一种应用于传感器的前置放大器和心率传感器
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种应用于传感器的前置放大器和心率传感器。
背景技术
人体各处组织密布有毛细血管，比如，手指、手腕等，心脏通过血管将血液输送到全身各处组织，各组织中的血液含量会随着心跳而不断发生周期性的变化，因此，可以通过各组织中的血液获得心跳信息，比如，心跳频率。
血液对绿光有吸收作用，目前通常采用绿色LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)对人体组织进行照射，绿光经过皮肤进入组织内部，反射回来的光或透射过去的光的光强会随着心跳的变化而变化，因此，通过检测反射光或透射光的光强，即可获得心跳信息。
相关技术中，在LED照射人体组织的过程中，光电二极管将接收到的反射光或透射光转换成电流信号，前置放大器将该电流信号转换成电压信号，ADC(Analog to DigitalConverter，模数转换器)接收前置放大器输出的电压信号，并将该电压信号进行模数转换，最终通过数字控制电路将转换得到的数字信号送到片外。
上述方式，在ADC工作期间，要求前置放大器持续处于正常工作状态，且要求LED持续处于点亮状态，直到ADC转换完成以后，才能将前置放大器和LED关闭，从而导致LED点亮的时间和前置放大器工作的时间比较长，功耗较大。
实用新型内容
本实用新型提供一种应用于传感器的前置放大器和心率传感器，用以解决现有技术中存在的心率传感器中的LED点亮的时间和前置放大器工作的时间比较长，导致心率传感器的功耗较大的问题。
第一方面，本申请提供一种应用于传感器的前置放大器，包括：跨阻放大器、第一采样电路和第二采样电路，其中：
所述第一采样电路连接在跨阻放大器的第一输出端和前置放大器的第一差分输出端之间；所述第一采样电路，在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第一差分输出端输出；
所述第二采样电路连接在跨阻放大器的第二输出端和前置放大器的第二差分输出端之间；所述第二采样电路，在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第二差分输出端输出。
在一种可能的实现方式中，所述第一采样电路和所述第二采样电路还用于在所述跨阻放大器启动之前，对所述第一采样电路和所述第二采样电路存储的电压进行泄放。
在一种可能的实现方式中，所述跨阻放大器的第一输入端作为所述前置放大器的第一差分输入端，所述跨阻放大器的第二输入端作为所述前置放大器的第二差分输入端；
所述跨阻放大器的第一输出端与所述第一采样电路的第一端电连接，所述第一采样电路的第二端与接地端电连接，所述第一采样电路的第三端作为所述前置放大器的第一差分输出端；
所述跨阻放大器的第二输出端与所述第二采样电路的第一端电连接，所述第二采样电路的第二端与所述接地端电连接，所述第二采样电路的第三端作为所述前置放大器的第二差分输出端。
在一种可能的实现方式中，所述跨阻放大器的第一输入端作为所述前置放大器的第一差分输入端，所述跨阻放大器的第二输入端作为所述前置放大器的第二差分输入端；
所述跨阻放大器的第一输出端与所述第一采样电路的第一端电连接，所述第一采样电路的第二端与接地端电连接，所述第一采样电路的第三端作为所述前置放大器的第一差分输出端，所述第一采样电路的第四端与公共端电连接；
所述跨阻放大器的第二输出端与所述第二采样电路的第一端电连接，所述第二采样电路的第二端与所述接地端电连接，所述第二采样电路的第三端作为所述前置放大器的第二差分输出端，所述第二采样电路的第四端与所述公共端电连接。
在一种可能的实现方式中，所述第一采样电路包括第一低通滤波采样单元，所述第一低通滤波采样单元的第一端作为所述第一采样电路的第一端，所述第一低通滤波采样单元的第二端作为所述第一采样电路的第二端，所述第一低通滤波单元的第三端作为所述第一采样电路的第三端；
所述第一低通滤波单元，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第一差分输出端输出。
在一种可能的实现方式中，所述第一低通滤波采样单元包括第一电阻、第一电容和第一开关；
所述第一电阻的第一端作为所述第一低通滤波采样单元的第一端，所述第一电阻的第二端与所述第一开关的第一端电连接；
所述第一开关的第二端与所述第一电容的第一端电连接，并作为所述第一低通滤波采样单元的第三端；
所述第一电容的第二端作为所述第一低通滤波采样单元的第二端。
在一种可能的实现方式中，所述第二采样电路包括第二低通滤波采样单元，所述第二低通滤波采样单元的第一端作为所述第二采样电路的第一端，所述第二低通滤波采样单元的第二端作为所述第二采样电路的第二端，所述第二低通滤波采样单元的第三端作为所述第二采样电路的第三端；
所述第二低通滤波采样单元，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过第二差分输出端输出。
在一种可能的实现方式中，所述第二低通滤波采样单元包括第二电阻、第二电容和第二开关；
所述第二电阻的第一端作为所述第二低通滤波采样单元的第一端，所述第二电阻的第二端与所述第二开关的第一端电连接；
所述第二开关的第二端与所述第二电容的第一端电连接，并作为所述第二低通滤波采样单元的第三端；
所述第二电容的第二端作为所述第二低通滤波采样单元的第二端。
在一种可能的实现方式中，所述第一采样电路包括第一低通滤波采样单元和第一泄放单元；
所述第一低通滤波采样单元的第一端作为所述第一采样电路的第一端，所述第一低通滤波采样单元的第二端作为所述第一采样电路的第二端，所述第一低通滤波单元的第三端作为所述第一采样电路的第三端，所述第一低通滤波单元，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第一差分输出端输出；
所述第一泄放单元的第一端作为所述第一采样电路的第三端，所述第一泄放单元的第二端作为所述第一采样电路的第四端，所述第一泄放单元，用于在所述跨阻放大器启动之前，对所述第一低通滤波采样单元中存储的电压进行泄放。
在一种可能的实现方式中，所述第一泄放单元包括第三开关；
所述第三开关的第一端作为所述第一泄放单元的第一端，所述第三开关的第二端作为所述第一泄放单元的第二端。
在一种可能的实现方式中，所述第二采样电路包括第二低通滤波采样单元和第二泄放单元；
所述第二低通滤波采样单元的第一端作为所述第二采样电路的第一端，所述第二低通滤波采样单元的第二端作为所述第二采样电路的第二端，所述第二低通滤波采样单元的第三端作为所述第二采样电路的第三端，所述第二低通滤波采样单元，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过第二差分输出端输出；
所述第二泄放单元的第一端作为所述第二采样电路的第三端，所述第二泄放单元的第二端作为所述第二采样电路的第四端，所述第二泄放单元，用于在所述跨阻放大器启动之前，对所述第二低通滤波采样单元中存储的电压进行泄放。
在一种可能的实现方式中，所述第二泄放单元包括第四开关；
所述第四开关的第一端作为所述第二泄放单元的第一端，所述第四开关的第二端作为所述第二泄放单元的第二端。
在一种可能的实现方式中，该前置放大器还包括第一电压跟随单元；
所述第一电压跟随单元的第一输入端与所述第一采样电路的第三端电连接，所述第一电压跟随单元的第二输入端与所述第一电压跟随单元的输出端电连接，所述第一电压跟随单元的输出端作为所述前置放大器的第一差分输出端；
所述第一电压跟随单元，用于将第一采样电路中储存的信号等幅放大驱动后级电路。
在一种可能的实现方式中，所述第一电压跟随单元包括第一运算放大器；
第一运算放大器的正输入端作为所述第一电压跟随单元的第一输入端，所述第一运放大器的负输入端作为所述第一电压跟随单元的第二输入端，所述第一运算放大器的输出端作为所述第一电压跟随单元的输出端。
在一种可能的实现方式中，该前置放大器还包括第二电压跟随单元；
所述第二电压跟随单元的第一输入端与所述第二采样电路的第三端电连接，所述第二电压跟随单元的第二输入端与所述第二电压跟随单元的输出端电连接，所述第二电压跟随单元的输出端作为所述前置放大器的第二差分输出端；
所述第二电压跟随单元，用于将第二采样电路中储存的信号等幅放大驱动后级电路。
在一种可能的实现方式中，所述第二电压跟随单元包括第二运算放大器；
所述第二运算放大器的正输入端作为所述第二电压跟随单元的第一输入端，所述第二运算放大器的负输入端作为所述第二电压跟随单元的第二输入端，所述第二运算放大器的输出端作为所述第二电压跟随单元的输出端。
第二方面，本申请实施例提供一种心率传感器，包括LED、LED驱动单元、光电二极管、ADC、数字控制电路和前置放大器；
所述前置放大器包括跨阻放大器、第一采样电路和第二采样电路，其中：
所述第一采样电路连接在跨阻放大器的第一输出端和前置放大器的第一差分输出端之间；所述第一采样电路，在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第一差分输出端输出；
所述第二采样电路连接在跨阻放大器的第二输出端和前置放大器的第二差分输出端之间；所述第二采样电路，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第二差分输出端输出。
在一种可能的实现方式中，所述第一采样电路和所述第二采样电路还用于在所述跨阻放大器启动之前，对所述第一采样电路和所述第二采样电路存储的电压进行泄放。
在一种可能的实现方式中，所述跨阻放大器的第一输入端作为所述前置放大器的第一差分输入端，所述跨阻放大器的第二输入端作为所述前置放大器的第二差分输入端；
所述跨阻放大器的第一输出端与所述第一采样电路的第一端电连接，所述第一采样电路的第二端与接地端电连接，所述第一采样电路的第三端作为所述前置放大器的第一差分输出端；
所述跨阻放大器的第二输出端与所述第二采样电路的第一端电连接，所述第二采样电路的第二端与所述接地端电连接，所述第二采样电路的第三端作为所述前置放大器的第二差分输出端。
在一种可能的实现方式中，所述跨阻放大器的第一输入端作为所述前置放大器的第一差分输入端，所述跨阻放大器的第二输入端作为所述前置放大器的第二差分输入端；
所述跨阻放大器的第一输出端与所述第一采样电路的第一端电连接，所述第一采样电路的第二端与接地端电连接，所述第一采样电路的第三端作为所述前置放大器的第一差分输出端，所述第一采样电路的第四端与公共端电连接；
所述跨阻放大器的第二输出端与所述第二采样电路的第一端电连接，所述第二采样电路的第二端与所述接地端电连接，所述第二采样电路的第三端作为所述前置放大器的第二差分输出端，所述第二采样电路的第四端与所述公共端电连接。
本实用新型有益效果如下：
本申请实施例提供的一种应用于传感器的前置放大器和心率传感器，其中，前置放大器包括跨阻放大器、第一采样电路和第二采样电路，第一采样电路在跨阻放大器工作期间，将跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对该电压信号进行存储，以及在跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过第一差分输出端输出，第二采样电路在跨阻放大器工作期间，将跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对该电压信号进行存储，以及在跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过第二差分输出端输出，由于第一采样电路可以对跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行存储，第二采样电路可以对跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行存储，因此，在跨阻放大器停止工作后，可以将第一采样电路和第二采样电路中存储的电压通过差分信号输出端输出，从而可以减小跨阻放大器的工作时长，以及减小心率传感器中LED的工作时长，进而降低心率传感器的功耗，提高心率传感器的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为相关技术提供的一种心率传感器的结构示意图；
图2为相关技术提供的一种跨阻放大器的电路示意图；
图3为本申请实施例提供的一种前置放大器的电路示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种前置放大器的电路示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部份实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，为相关技术提供的一种心率传感器的结构示意图，从图1中可以看出，心率传感器包括LED、LED驱动单元11、光电二极管PD、前置放大器12、ADC和数字控制电路13，其中，LED可以发绿光。LED驱动单元11被数字控制电路13控制，用于产生LED的脉冲驱动电流，在LED点亮期间，通过人体组织(手指)的反射光或者透射光被PD(光电二极管)接收到之后转换成电流信号，该电流信号输入至前置放大器12，转换成电压信号，ADC接收前置放大器12输出的电压信号，并完成模数转换，最终通过数字控制电路13将转换得到的数字信号送到片外。
相关技术中的前置放大器12，通常采用跨阻放大器(Transimpedance amplifier，TIA)，如图2所示，跨阻放大器包括电阻R21、电阻R22、电容C21、电容C22、第一复位开关RST1、第二复位开关RST2、第三复位开关RST3、第四复位开关RST4和运算放大器OP1，其中，INP和INM为差分输入端，OUTP和OUTM为差分输出端，第一复位开关RST1、第二复位开关RST2、第三复位开关RST3、第四复位开关RST4均为复位开关，当4个复位开关均导通时，前置放大器处于复位状态，用于在每次测量之前对前置放大器进行复位，在开始测量之后，4个复位开关均处于断开状态。
光电二极管PD连接在跨阻放大器的差分输入端INP和INM之间，设光电二极管PD产生的光电流为i，则跨阻放大器输出的电压信号与i的关系如下：
Vout＝VOUTP-VOUTM＝i*R21
或
Vout＝VOUTP-VOUTM＝i*R22
需要说明的是，在具体实施中，R21和R22阻值相同。
为了提高整个系统的灵敏度，相关技术中的ADC一般会采用精度比较高的sigma-delta的结构。该结构的ADC，在ADC工作期间，要求前置放大器要持续处于正常工作状态，且要求LED处于点亮状态，直到ADC转换完成之后，才能将前置放大器和LED关闭，由此会导致LED点亮的时间较长、前置放大器工作的时间较长，进而导致功耗较大。
基于上述技术问题，本申请实施例提供一种前置放大器，应用于心率传感器，如图3所示，该前置放大器包括跨阻放大器33、第一采样电路31和第二采样电路32，其中：
第一采样电路31连接在跨阻放大器33第一输出端和前置放大器的第一差分输出端OUTP之间；第一采样电路31，在跨阻放大器33工作期间，将跨阻放大器33的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对跨阻放大器33的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在跨阻放大器33停止工作后，将存储的电压信号通过第一差分输出端OUTP输出；
第二采样电路32连接在跨阻放大器33的第二输出端和前置放大器的第二差分输出端OUTM之间；第二采样电路32，在跨阻放大器33工作期间，将跨阻放大器33的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对跨阻放大器33的第二输出端输出的电压信号进行存储，以及在跨阻放大器33停止工作后，将存储的电压信号通过第二差分输出端OUTM输出。
本申请实施例，前置放大器包括跨阻放大器33、第一采样电路31和第二采样电路32，第一采样电路31在跨阻放大器33工作期间，将跨阻放大器33的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对该电压信号进行存储，以及在跨阻放大器33停止工作后，将存储的电压信号通过第一差分输出端OUTP输出，第二采样电路32在跨阻放大器33工作期间，将跨阻放大器33的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对该电压信号进行存储，以及在跨阻放大器33停止工作后，将存储的电压信号通过第二差分输出端OUTM输出，由于第一采样电路31可以对跨阻放大器33的第一输出端输出的电压信号进行存储，第二采样电路32可以对跨阻放大器33的第二输出端输出的电压信号进行存储，因此，在跨阻放大器33停止工作后，可以将第一采样电路31和第二采样电路32中存储的电压通过差分信号输出端输出，从而可以减小跨阻放大器33的工作时长，以及减小心率传感器中LED的工作时长，进而降低心率传感器的功耗，提高心率传感器的性能。
在具体实施中，如图3所示，跨阻放大器33的第一输入端作为前置放大器的第一差分输入端INP，跨阻放大器33的第二输入端作为前置放大器的第二差分输入端INM；
跨阻放大器33的第一输出端与第一采样电路31的第一端电连接，第一采样电路31的第二端与接地端电连接，第一采样电路31的第三端作为前置放大器的第一差分输出端OPTP；
跨阻放大器33的第二输出端与第二采样电路32的第一端电连接，第二采样电路32的第二端与接地端电连接，第二采样电路32的第三端作为前置放大器的第二差分输出端OUTM。
在一种实施例中，如图3所示，第一采样电路31包括第一低通滤波采样单元311；
第一低通滤波采样单元311的第一端作为第一采样电路31的第一端，第一低通滤波采样单元311的第二端作为第一采样电路31的第二端，第一低通滤波单元311的第三端作为第一采样电路31的第三端；
第一低通滤波单元311，用于在跨阻放大器33工作期间，对跨阻放大器33的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对跨阻放大器33的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在跨阻放大器33停止工作后，将存储的电压信号通过第一差分输出端OUTP输出。
具体的，如图3所示，第一低通滤波单元311包括第一电阻R1、第一电容C1和第一开关S1；
第一电阻R1的第一端作为第一低通滤波采样单元311的第一端，第一电阻R1的第二端与第一开关S1的第一端电连接；
第一开关S1的第二端与第一电容C1的第一端电连接，并作为第一低通滤波采样单元311的第三端；
第一电容C1的第二端作为第一低通滤波采样单元311的第二端。
如图3所示，第二低通滤波采样单元321包括第二电阻R2、第二电容C2和第二开关S2；
第二电阻R2的第一端作为第二低通滤波采样单元321的第一端，第二电阻R2的第二端与第二开关S2的第一端电连接；
第二开关S2的第二端与第二电容C2的第一端电连接，并作为第二低通滤波采样单元321的第三端；
第二电容C2的第二端作为第二低通滤波采样单元321的第二端。
本申请实施例，当跨阻放大器33开启时，第一开关S1和第二开关S2均处于导通状态，第一电阻R1和第一电容C1组成一阶RC低通滤波器，第二电阻R2和第二电容C2组成一阶RC低通滤波器，对跨阻放大器33输出的电压信号进行低通滤波，以对其高频噪声进行抑制，当经过一段时间后，第一电容C1和第二电容C2上的电压稳定下来后，第一开关S1和第二开关S2断开，第一电容C1和第二电容C2上存储的电压通过第一差分输出端OUTP和第二差分输出端OUTM输出。由于在第一电容C1和第二电容C2上存储的稳定后的电压，即跨阻放大器33输出的电压信号，因此此时可以关闭跨阻放大器33和LED，从而降低LED点亮的时长、降低跨阻放大器33的工作时长，进而降低功耗。
在具体实施中，为了使存储在第一电容C1和存储在第二电容C2上的电压更准确，第一采样电路31还用于在跨阻放大器33启动之前，对第一采样电路31存储的电压进行泄放，以及第二采样电路32还用于在跨阻放大器33启动之前，对第二采样电路32存储的电压进行泄放。
如图3所示，第一采样电路31的第四端与公共端VCOM电连接；第二采样电路32的第四端与公共端VCOM电连接。
具体的，如图3所示，本申请实施例公开的前置放大器中的第一采样电路31还包括第一泄放单元312；其中，第一泄放单元33连接在前置放大器的第一差分输出端OUTP和公共端VCOM之间；
第一泄放单元312，用于在跨阻放大器33启动之前，对第一低通滤波采样单元311中存储的电压进行泄放。
在一种实施例中，本申请实施例公开的前置放大器中的第二采样电路32还包括第二泄放单元322，其中，第二泄放单元322连接在前置放大器的第二差分输出端OUTN和公共端VCOM之间；
第二泄放单元322，用于在跨阻放大器33启动之前，对第二低通滤波采样单元321中存储的电压进行泄放。
需要说明的是，第一低通滤波采样单元311中存储的电压即第一电容C1中存储的电压，第二低通滤波采样单元321中存储的电压即第二电容C2中存储的电压。
具体的，如图3所示，第一泄放单元312可以包括第三开关S3，第三开关S3的第一端作为第一泄放单元312的第一端，第三开关S3的第二端作为第一泄放单元312的第二端，在跨阻放大器开启之前，第三开关S3闭合，对第一电容C1中存储的电压进行泄放，预设时长后，第三开关S3断开；第二泄放单元34可以包括第四开关S4，第四开关S4的第一端作为第二泄放单元322的第一端，第四开关S4的第二端作为第二泄放单元322的第二端，在跨阻放大器开启之前，第四开关S4闭合，对第二电容C2中存储的电压进行泄放，预设时长后，第四开关S4断开。
需要说明的是，在跨阻放大器开启的时刻，要保证第三开关S3和第四开关S4均处于断开状态。
在一种实施例中，如图4所示，前置放大器还可以包括第一电压跟随单元41和第二电压跟随单元42，第一电压跟随单元41的第一输入端与第一低通滤波采样单元311的第三端电连接，第一电压跟随单元41的第二输入端与第一电压跟随单元41的输出端电连接，第一电压跟随单元41的输出端作为前置放大器的第一差分输出端OUTP；第二电压跟随单元42的第一输入端与第二低通滤波采样单元321的第三端电连接，第二电压跟随单元42的第二输入端与第二电压跟随单元42的输出端电连接，第二电压跟随单元42的输出端作为前置放大器的第二差分输出端OUTM；
第一电压跟随单元41，用于将第一低通滤波采样单元中储存的信号等幅放大驱动后级电路。
第二电压跟随单元42，用于将第二低通滤波采样单元中储存的信号等幅放大驱动后级电路。
在具体实施中，如图4所示，第一电压跟随单元41可以为第一运算放大器OP2，第一运算放大器OP2的正输入端作为第一电压跟随单元41的第一输入端，第一运放大器OP2的负输入端作为第一电压跟随单元41的第二输入端，第一运算放大器OP2的输出端作为第一电压跟随单元41的输出端；第二电压跟随单元42可以为第二运算放大器OP3，第二运算放大器OP3的正输入端作为第二电压跟随单元42的第一输入端，第二运算放大器OP3的负输入端作为第二电压跟随单元42的第二输入端，第二运算放大器OP3的输出端作为第二电压跟随单元42的输出端。
下面结合图4所示的前置放大器的电路示意图，对本申请实施例进行详细说明。
在每次测量之前，控制第三开关S3和第四开关S4导通一段时长后断开，以完成对第一电容C1和第二电容C2的复位，避免上一次的测量结果对当前测量造成影响；并且，在每次测量之前，控制所有复位开关导通一段时长后断开，以使跨阻放大器复位；当跨阻放大器开启时，第一开关S1和第二开关S2处于导通状态，第三开关S3和第四开关S4处于断开状态，第一电阻R1和第一电容C1组成一阶RC低通滤波器，第二电阻R2和第二电容C2组成一阶RC低通滤波器，两个一阶RC低通滤波器对跨阻放大器输出的电压信号进行低通滤波处理，以对其高频噪声进行抑制，当经过一段时间，第一电容C1和第二电容C2上的电压均稳定下来之后，将第一开关S1和第二开关S2断开，然后关闭跨阻放大器和LED，跨阻放大器输出的电压信号被保存在第一电容C1和第二电容C2上，此电压经过由运放构成的电压跟随器之后再被送给ADC进行模数转换。由上述可知，在ADC转换过程中，跨阻放大器和LED都是关闭的、不工作的，只有电压跟随器和ADC在工作，这样，就大大缩短了LED的点亮时长以及跨阻放大器的工作时长，而为了获得更强的反射光以提高检测精度，LED的驱动电流一般会设置的很大，所以缩短LED点亮时间会极大地减小系统的整体功耗。
基于相同的构思，本申请实施例还提供一种心率传感器，该心率传感器解决问题的原理和上述实施例提供的前置放大器解决问题的原理相似，重复之处不再赘述。
本申请实施例提供的心率传感器包括LED、LED驱动单元、光电二极管PD、ADC、数字控制电路和如上述任一所述的前置放大器；
LED驱动单元，用于在数字控制电路的控制下，为所述LED提供驱动电流；
光电二极管，用于述LED工作期间，接收透过人体组织的反射光或透射光，并将接收到的反射光或投射光转换成电流信号；
前置放大器，用于将电流信号转换为电压信号；
ADC，用于对电压信号进行模数转换；
数字控制电路，用于将ADC转换得到的数字信号传输至片外；
其中，前置放大器包括跨阻放大器、第一采样电路和第二采样电路：
第一采样电路连接在跨阻放大器的第一输出端和前置放大器的第一差分输出端之间；第一采样电路，在跨阻放大器工作期间，对跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过第一差分输出端输出；
第二采样电路连接在跨阻放大器的第二输出端和前置放大器的第二差分输出端之间；第二采样电路，在跨阻放大器工作期间，对跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行存储，以及在跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过第二差分输出端输出。
在一种实施例中，第一采样电路和第二采样电路还用于在跨阻放大器启动之前，对第一采样电路和第二采样电路存储的电压进行泄放。
在一种实施例中，跨阻放大器的第一输入端作为前置放大器的第一差分输入端，跨阻放大器的第二输入端作为前置放大器的第二差分输入端；
跨阻放大器的第一输出端与第一采样电路的第一端电连接，第一采样电路的第二端与接地端电连接，第一采样电路的第三端作为前置放大器的第一差分输出端；
跨阻放大器的第二输出端与第二采样电路的第一端电连接，第二采样电路的第二端与接地端电连接，第二采样电路的第三端作为前置放大器的第二差分输出端。
在一种实施例中，所述跨阻放大器的第一输入端作为所述前置放大器的第一差分输入端，所述跨阻放大器的第二输入端作为所述前置放大器的第二差分输入端；
所述跨阻放大器的第一输出端与所述第一采样电路的第一端电连接，所述第一采样电路的第二端与接地端电连接，所述第一采样电路的第三端作为所述前置放大器的第一差分输出端，所述第一采样电路的第四端与公共端电连接；
所述跨阻放大器的第二输出端与所述第二采样电路的第一端电连接，所述第二采样电路的第二端与所述接地端电连接，所述第二采样电路的第三端作为所述前置放大器的第二差分输出端，所述第二采样电路的第四端与所述公共端电连接。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (20)

1.一种应用于传感器的前置放大器，其特征在于，包括：跨阻放大器、第一采样电路和第二采样电路，其中：
所述第一采样电路连接在跨阻放大器的第一输出端和前置放大器的第一差分输出端之间；所述第一采样电路，在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第一差分输出端输出；
所述第二采样电路连接在跨阻放大器的第二输出端和前置放大器的第二差分输出端之间；所述第二采样电路，在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第二差分输出端输出。
2.如权利要求1所述的前置放大器，其特征在于，所述第一采样电路和所述第二采样电路还用于在所述跨阻放大器启动之前，对所述第一采样电路和所述第二采样电路存储的电压进行泄放。
3.如权利要求1所述的前置放大器，其特征在于，所述跨阻放大器的第一输入端作为所述前置放大器的第一差分输入端，所述跨阻放大器的第二输入端作为所述前置放大器的第二差分输入端；
所述跨阻放大器的第一输出端与所述第一采样电路的第一端电连接，所述第一采样电路的第二端与接地端电连接，所述第一采样电路的第三端作为所述前置放大器的第一差分输出端；
所述跨阻放大器的第二输出端与所述第二采样电路的第一端电连接，所述第二采样电路的第二端与所述接地端电连接，所述第二采样电路的第三端作为所述前置放大器的第二差分输出端。
4.如权利要求2所述的前置放大器，其特征在于，所述跨阻放大器的第一输入端作为所述前置放大器的第一差分输入端，所述跨阻放大器的第二输入端作为所述前置放大器的第二差分输入端；
所述跨阻放大器的第一输出端与所述第一采样电路的第一端电连接，所述第一采样电路的第二端与接地端电连接，所述第一采样电路的第三端作为所述前置放大器的第一差分输出端，所述第一采样电路的第四端与公共端电连接；
所述跨阻放大器的第二输出端与所述第二采样电路的第一端电连接，所述第二采样电路的第二端与所述接地端电连接，所述第二采样电路的第三端作为所述前置放大器的第二差分输出端，所述第二采样电路的第四端与所述公共端电连接。
5.如权利要求3所述的前置放大器，其特征在于，所述第一采样电路包括第一低通滤波采样单元，所述第一低通滤波采样单元的第一端作为所述第一采样电路的第一端，所述第一低通滤波采样单元的第二端作为所述第一采样电路的第二端，所述第一低通滤波采样单元的第三端作为所述第一采样电路的第三端；
所述第一低通滤波采样单元，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第一差分输出端输出。
6.如权利要求5所述的前置放大器，其特征在于，所述第一低通滤波采样单元包括第一电阻、第一电容和第一开关；
所述第一电阻的第一端作为所述第一低通滤波采样单元的第一端，所述第一电阻的第二端与所述第一开关的第一端电连接；
所述第一开关的第二端与所述第一电容的第一端电连接，并作为所述第一低通滤波采样单元的第三端；
所述第一电容的第二端作为所述第一低通滤波采样单元的第二端。
7.如权利要求3所述的前置放大器，其特征在于，所述第二采样电路包括第二低通滤波采样单元，所述第二低通滤波采样单元的第一端作为所述第二采样电路的第一端，所述第二低通滤波采样单元的第二端作为所述第二采样电路的第二端，所述第二低通滤波采样单元的第三端作为所述第二采样电路的第三端；
所述第二低通滤波采样单元，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过第二差分输出端输出。
8.如权利要求7所述的前置放大器，其特征在于，所述第二低通滤波采样单元包括第二电阻、第二电容和第二开关；
所述第二电阻的第一端作为所述第二低通滤波采样单元的第一端，所述第二电阻的第二端与所述第二开关的第一端电连接；
所述第二开关的第二端与所述第二电容的第一端电连接，并作为所述第二低通滤波采样单元的第三端；
所述第二电容的第二端作为所述第二低通滤波采样单元的第二端。
9.如权利要求4所述的前置放大器，其特征在于，所述第一采样电路包括第一低通滤波采样单元和第一泄放单元；
所述第一低通滤波采样单元的第一端作为所述第一采样电路的第一端，所述第一低通滤波采样单元的第二端作为所述第一采样电路的第二端，所述第一低通滤波采样单元的第三端作为所述第一采样电路的第三端，所述第一低通滤波采样单元，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第一差分输出端输出；
所述第一泄放单元的第一端作为所述第一采样电路的第三端，所述第一泄放单元的第二端作为所述第一采样电路的第四端，所述第一泄放单元，用于在所述跨阻放大器启动之前，对所述第一低通滤波采样单元中存储的电压进行泄放。
10.如权利要求9所述的前置放大器，其特征在于，所述第一泄放单元包括第三开关；
所述第三开关的第一端作为所述第一泄放单元的第一端，所述第三开关的第二端作为所述第一泄放单元的第二端。
11.如权利要求4所述的前置放大器，其特征在于，所述第二采样电路包括第二低通滤波采样单元和第二泄放单元；
所述第二低通滤波采样单元的第一端作为所述第二采样电路的第一端，所述第二低通滤波采样单元的第二端作为所述第二采样电路的第二端，所述第二低通滤波采样单元的第三端作为所述第二采样电路的第三端，所述第二低通滤波采样单元，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过第二差分输出端输出；
所述第二泄放单元的第一端作为所述第二采样电路的第三端，所述第二泄放单元的第二端作为所述第二采样电路的第四端，所述第二泄放单元，用于在所述跨阻放大器启动之前，对所述第二低通滤波采样单元中存储的电压进行泄放。
12.如权利要求11所述的前置放大器，其特征在于，所述第二泄放单元包括第四开关；
所述第四开关的第一端作为所述第二泄放单元的第一端，所述第四开关的第二端作为所述第二泄放单元的第二端。
13.如权利要求5或9所述的前置放大器，其特征在于，还包括第一电压跟随单元；
所述第一电压跟随单元的第一输入端与所述第一低通滤波采样单元的第三端电连接，所述第一电压跟随单元的第二输入端与所述第一电压跟随单元的输出端电连接，所述第一电压跟随单元的输出端作为所述前置放大器的第一差分输出端；
所述第一电压跟随单元，用于将第一低通滤波采样单元中存储的电压信号等幅放大驱动后级电路。
14.如权利要求13所述的前置放大器，其特征在于，所述第一电压跟随单元包括第一运算放大器；
第一运算放大器的正输入端作为所述第一电压跟随单元的第一输入端，所述第一运算放大器的负输入端作为所述第一电压跟随单元的第二输入端，所述第一运算放大器的输出端作为所述第一电压跟随单元的输出端。
15.如权利要求7或11所述的前置放大器，其特征在于，还包括第二电压跟随单元；
所述第二电压跟随单元的第一输入端与所述第二低通滤波采样单元的第三端电连接，所述第二电压跟随单元的第二输入端与所述第二电压跟随单元的输出端电连接，所述第二电压跟随单元的输出端作为所述前置放大器的第二差分输出端；
所述第二电压跟随单元，用于将第二低通滤波采样单元中存储的电压信号等幅放大驱动后级电路。
16.如权利要求15所述的前置放大器，其特征在于，所述第二电压跟随单元包括第二运算放大器；
所述第二运算放大器的正输入端作为所述第二电压跟随单元的第一输入端，所述第二运算放大器的负输入端作为所述第二电压跟随单元的第二输入端，所述第二运算放大器的输出端作为所述第二电压跟随单元的输出端。
17.一种心率传感器，其特征在于，包括LED、LED驱动单元、光电二极管、ADC、数字控制电路和前置放大器；
所述前置放大器包括跨阻放大器、第一采样电路和第二采样电路，其中：
所述第一采样电路连接在跨阻放大器的第一输出端和前置放大器的第一差分输出端之间；所述第一采样电路，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第一输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第一差分输出端输出；
所述第二采样电路连接在跨阻放大器的第二输出端和前置放大器的第二差分输出端之间；所述第二采样电路，用于在所述跨阻放大器工作期间，对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行低通滤波处理，并且对所述跨阻放大器的第二输出端输出的电压信号进行存储，以及在所述跨阻放大器停止工作后，将存储的电压信号通过所述第二差分输出端输出。
18.如权利要求17所述的心率传感器，其特征在于，所述第一采样电路和所述第二采样电路还用于在所述跨阻放大器启动之前，对所述第一采样电路和所述第二采样电路存储的电压进行泄放。
19.如权利要求17所述的心率传感器，其特征在于，所述跨阻放大器的第一输入端作为所述前置放大器的第一差分输入端，所述跨阻放大器的第二输入端作为所述前置放大器的第二差分输入端；
所述跨阻放大器的第一输出端与所述第一采样电路的第一端电连接，所述第一采样电路的第二端与接地端电连接，所述第一采样电路的第三端作为所述前置放大器的第一差分输出端；
所述跨阻放大器的第二输出端与所述第二采样电路的第一端电连接，所述第二采样电路的第二端与所述接地端电连接，所述第二采样电路的第三端作为所述前置放大器的第二差分输出端。
20.如权利要求18所述的心率传感器，其特征在于，所述跨阻放大器的第一输入端作为所述前置放大器的第一差分输入端，所述跨阻放大器的第二输入端作为所述前置放大器的第二差分输入端；
所述跨阻放大器的第一输出端与所述第一采样电路的第一端电连接，所述第一采样电路的第二端与接地端电连接，所述第一采样电路的第三端作为所述前置放大器的第一差分输出端，所述第一采样电路的第四端与公共端电连接；
所述跨阻放大器的第二输出端与所述第二采样电路的第一端电连接，所述第二采样电路的第二端与所述接地端电连接，所述第二采样电路的第三端作为所述前置放大器的第二差分输出端，所述第二采样电路的第四端与所述公共端电连接。
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