CN220342295U - 一种信号模拟发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种信号模拟发生器，包括处理器、显示屏、数模转换器、信号调节电路和信号输出接口，其中，处理器、数模转换器、信号调节电路和信号输出接口依次连接；处理器用于设置所需信号的状态信息并根据状态信息生成相应的数字信号，状态信息包括信号的幅度、波形和频率；数模转换器用于将处理器产生的数字信号转化为模拟信号；信号调节电路用于调节模拟信号的幅值范围；信号输出接口用于输出信号调节电路处理后的模拟信号；显示屏连接至处理器，用于显示所设置脑电信号的状态信息。本实用新型的信号模拟发生器产生的信号输出范围广，噪声低，兼容脑电、心电、肌电等生理电采集设备的检验及校准。

Description

一种信号模拟发生器

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，具体涉及一种信号模拟发生器。

背景技术

人体组织细胞总是在自发不断地产生着很微弱的生物电活动。脑电信号是大量脑神经细胞在高度相干状态下的电活动在大脑皮层上的总体效应。如果利用在头皮上安放的电极采集脑电信号，经脑电检测设备放大并记录在专用纸上，则能够得到具有一定波形、波幅、频率和相位的图形、曲线，即脑电图。当脑组织发生病理或功能改变时，脑电信号也发生相应的改变，从而为大脑研究、生理神经研究、临床诊断与康复治疗提供依据。

脑电图(EEG)是一种典型的无创性脑电波测量方法，记录了脑神经细胞在大脑皮层或头皮表面的电生理活动。EEG作为一种无创脑电监测手段不仅可以对偏头疼、癫痫、脑肿瘤等脑部疾病进行检测，还可以辅助神经系统功能性疾病诊断和研究。近年来，用于检测EEG的脑电图机越来越多，但是这些脑电图机的精度，参数等都有检测量化的需要，

对于脑电信号这种微弱信号采集设备的检验和校准，经常出现的问题是，在检验和校准过程中，在有效信号中引入噪声、干扰等预期之外的信号，从而影响了检验或校准的结果。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种信号模拟发生器。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本实用新型提供了一种信号模拟发生器，包括处理器、显示屏、数模转换器、信号调节电路和信号输出接口，其中，

所述处理器、所述数模转换器、所述信号调节电路和所述信号输出接口依次连接；

所述处理器用于设置所需信号的状态信息并根据所述状态信息生成相应的数字信号，所述状态信息包括信号的幅度、波形和频率；

所述数模转换器用于将所述处理器产生的数字信号转化为模拟信号；

所述信号调节电路用于调节模拟信号的幅值范围；

所述信号输出接口用于输出所述信号调节电路处理后的模拟信号；

所述显示屏连接至所述处理器，用于显示所设置信号的状态信息。

在本发明的一个实施例中，所述信号模拟发生器还包括连接至所述处理器的存储器，所述存储器用于保存所需信号的状态信息。

在本发明的一个实施例中，所述存储器为SD卡、U盘、硬盘、ROM、EEPROM、FRAM或Flash存储设备。

在本发明的一个实施例中，所述信号调节电路包括同比例放大电路和连接所述同比例放大电路的电阻分压模块，其中，所述同比例放大电路用于改变所述模拟信号的幅值范围；所述电阻分压模块用于进行电阻分压，使得信号幅值等比例缩小。

在本发明的一个实施例中，所述电阻分压模块包括第一分压电阻、第二分压电阻和切换开关，其中，

所述切换开关包括第一接触端、第二接触端、共同输出端和切换开关控制端，所述切换开关控制端电连接所述处理器，所述第一分压电阻连接在所述电阻分压模块的输入端与所述共同输出端之间；

所述第一接触端连接至所述电阻分压模块的输入端，所述第二分压电阻连接在所述第二接触端与接地端之间；

所述切换开关的共同输出端能够在所述切换开关控制端的控制下选择性地连接至所述第一接触端或所述第二接触端。

在本发明的一个实施例中，所述处理器为微控制单元。

在本发明的一个实施例中，所述信号输出接口上还设置有接地的屏蔽罩，所述屏蔽罩包裹在所述信号输出接口的外部。

在本发明的一个实施例中，所述数字信号为数字脑电信号、数字心电信号、数字肌电信号或数字眼电信号。

在本发明的一个实施例中，所述模拟信号为模拟脑电信号、模拟心电信号、模拟肌电信号、模拟眼电信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：

1、本实用新型的信号模拟发生器可以将低至1uV的脑电信号按照其真实电压值输出，从而确保了脑电图性能检验及校准的精度。

2、本实用新型的信号输出接口外部设置有屏蔽罩，避免了微伏级的输出信号受到环境中噪声、干扰的影响，保证结果的准确性。

3、本实用新型的信号模拟发生器产生的信号输出范围广，噪声低，兼容脑电、心电、肌电等生理电采集设备的检验及校准。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种信号模拟发生器的模块示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种信号调节电路的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的一种数模转换器与信号调节电路的连接电路图。

具体实施方式

为了进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本实用新型提出的一种信号模拟发生器进行详细说明。

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的技术方案加以限制。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种信号模拟发生器的模块示意图。该信号模拟发生器包括处理器101、显示屏102、数模转换器103、信号调节电路104和信号输出接口105，其中，处理器101、数模转换器103、信号调节电路104和信号输出接口105依次连接；处理器101用于设置所需信号的状态信息并根据状态信息生成相应的数字信号，状态信息包括信号的幅度、波形和频率；数模转换器103用于将处理器101产生的数字信号转化为模拟信号；信号调节电路104用于调节模拟信号的幅值范围；信号输出接口105用于输出信号调节电路104处理后的模拟信号；显示屏102连接至处理器101，用于显示所设置信号的状态信息。

需要说明的是，所述数字信号为数字脑电信号、数字心电信号、数字肌电信号或数字眼电信号；所述模拟信号为模拟脑电信号、模拟心电信号、模拟肌电信号、模拟眼电信号。

在本实施例中，以脑电信号为实例进行说明。

进一步地，该信号模拟发生器还包括连接至处理器101的存储器106，存储器106用于保存所需脑电信号的状态信息。优选地，本实施例的存储器106包括但不限于SD卡、U盘、硬盘、ROM、EEPROM、FRAM或Flash等存储设备。

示例性地，当使用SD卡作为存储脑电信号的介质时，先用采集设备将采集好的脑电信号存储进SD卡中，当需要产生信号输出时，处理器通过SDIO协议与SD卡通信，读取出SD卡中的内容，然后发送给DAC生产模拟信号。

进一步地，显示屏102连接至处理器101，用于显示所设置信号的状态信息。本实施例的显示屏102采用128*64分辨率的OLED屏幕显示当前的参数，可以直接显示输出信号的波形原始数据的大小、幅值、频率等关键参数，OLED屏幕采用IIC总线和处理器101进行连接，显示屏102的SCL引脚由处理器提供时钟信号，从数据总线SDA发送给显示屏所需要显示的内容。

进一步地，请参见图2，图2是本实用新型实施例提供的一种电阻分压模块的电路图，信号调节电路104包括包括同比例放大电路1041和连接所述同比例放大电路1041的电阻分压模块1042，其中，所述同比例放大电路1041用于改变所述模拟信号的幅值范围；所述电阻分压模块1042用于进行电阻分压，使得信号幅值等比例缩小。

1042电阻分压模块包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和切换开关，其中，切换开关包括第一接触端1、第二接触端2、共同输出端3和切换开关控制端，切换开关控制端电连接处理器101，第一分压电阻R1连接在电阻分压模块的输入端与共同输出端3之间；第一接触端1连接至电阻分压模块的输入端，第二分压电阻R2连接在第二接触端2与接地端之间；切换开关的共同输出端3能够在切换开关控制端的控制下选择性地连接至第一接触端1或第二接触端2。

优选地，处理器101为微控制单元(MCU)。信号输出接口105为4mm香蕉头母头。信号输出接口105上还设置有屏蔽罩，屏蔽罩包裹在香蕉头母头的外部。在其他实施例中，信号输出接口105可以是其他任何适当的电信号接口。

本实施例的模数转换器(DAC)是A单通道、16位、串行输入、无缓冲电压输出的数模转换器，采用双极性工作模式，可产生±V_REF输出摆幅。

请参见图3，图3是本实用新型实施例提供的一种数模转换器与信号调节电路的连接电路图。本实施例的数模转换器(DAC)有数字量输入引脚，由于DAC是16位的DAC，因此DAC的数字输入范围为0～2^(16)-1＝0～65535，对应DAC输出的模拟量0～VREF，VREF表示DAC的REF引脚的参考电压，这个电压决定了DAC输出电压的范围；由于所需输出的电压有负电压，因此添加了同相比例放大电路，并且将其参考REF接至VREF，其中R_INV和R_FB相等，因此经过同相比例放大电路的输出变为2*VDAC-VREF，即经过同相比例放大电路的电压范围变为-VREF～+VREF，同时经过同相比例放大电路后，会经过电阻分压电路，此电路有一个信号继电器(切换开关)，MCU控制可以选择3脚和1脚导通，或3脚和2脚导通，当3脚和1脚导通时，电路输出的电压即为VOUT，当3脚和2脚导通时，电路输出的电压为VOUT*(R₁/(R₁+R₂))，从而可以调节输出电压的范围。通过上述高精度数模转化器，可实现模拟脑电信号输出范围为1uV-5V，噪声峰峰值为0.5uV。具有输出信号范围广，噪声低的优点。

本实施例的信号模拟发生器可以将低至1uV的脑电信号按照其真实电压值输出，从而确保了脑电图性能检验及校准的精度。本实施例的信号输出接口外部设置有屏蔽罩，避免了微伏级的输出信号受到环境中噪声、干扰的影响，保证结果的准确性。该信号模拟发生器产生的信号输出范围广，噪声低，兼容脑电、心电、肌电等生理电采集设备的检验及校准。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种信号模拟发生器，其特征在于，包括处理器(101)、显示屏(102)、数模转换器(103)、信号调节电路(104)和信号输出接口(105)，其中，

所述处理器(101)、所述数模转换器(103)、所述信号调节电路(104)和所述信号输出接口(105)依次连接；

所述处理器(101)用于设置所需信号的状态信息并根据所述状态信息生成相应的数字信号，所述状态信息包括信号的幅度、波形和频率，所述处理器(101)为微控制单元；

所述数模转换器(103)用于将所述处理器(101)产生的数字信号转化为模拟信号，所述模数转换器(103)是A单通道、16位、串行输入、无缓冲电压输出的数模转换器，采用双极性工作模式；

所述信号调节电路(104)用于调节模拟信号的幅值范围；

所述信号输出接口(105)用于输出所述信号调节电路(104)处理后的模拟信号；

所述显示屏(102)连接至所述处理器(101)，用于显示所设置信号的状态信息。

2.根据权利要求1所述的信号模拟发生器，其特征在于，还包括连接至所述处理器(101)的存储器(106)，所述存储器(106)用于保存所需信号的状态信息。

3.根据权利要求2所述的信号模拟发生器，其特征在于，所述存储器(106)为SD卡、U盘、硬盘、ROM、EEPROM、FRAM或Flash存储设备。

4.根据权利要求1所述的信号模拟发生器，其特征在于，所述信号调节电路(104)包括同比例放大电路和连接所述同比例放大电路的电阻分压模块，其中，所述同比例放大电路用于改变所述模拟信号的幅值范围；所述电阻分压模块用于进行电阻分压，使得信号幅值等比例缩小。

5.根据权利要求4所述的信号模拟发生器，其特征在于，所述电阻分压模块包括第一分压电阻(R1)、第二分压电阻(R2)和切换开关，其中，

所述切换开关包括第一接触端(1)、第二接触端(2)、共同输出端(3)和切换开关控制端，所述切换开关控制端电连接所述处理器(101)，所述第一分压电阻(R1)连接在所述电阻分压模块的输入端与所述共同输出端(3)之间；

所述第一接触端(1)连接至所述电阻分压模块的输入端，所述第二分压电阻(R2)连接在所述第二接触端(2)与接地端之间；

所述切换开关的共同输出端(3)能够在所述切换开关控制端的控制下选择性地连接至所述第一接触端(1)或所述第二接触端(2)。

6.根据权利要求5所述的信号模拟发生器，其特征在于，所述信号输出接口(105)上还设置有接地的屏蔽罩，所述屏蔽罩包裹在所述信号输出接口的外部。