TW201414452A - 生理訊號偵測裝置 - Google Patents

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TW201414452A TW101137215A TW101137215A TW201414452A TW 201414452 A TW201414452 A TW 201414452A TW 101137215 A TW101137215 A TW 101137215A TW 101137215 A TW101137215 A TW 101137215A TW 201414452 A TW201414452 A TW 201414452A
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Yung-Ming Chung
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Abstract

一種生理訊號偵測裝置，包括電池，設於生理訊號偵測裝置內，具有正端以及負端；第一輸入端、第二輸入端，以及充電偵測端；生理訊號偵測電路，與第一輸入端以及第二輸入端電性耦接，當第一輸入端及第二輸入端與量測目標電性連接時，生理訊號偵測電路根據第一輸入端及第二輸入端的電性偵測結果產生生理訊號；以及充電控制電路，與第一輸入端、第二輸入端以及充電偵測端電性耦接；其中，當第一、第二輸入端耦接充電裝置提供的電力時，充電偵測端則接收充電裝置之充電指示訊號，充電控制裝置依充電指示訊號而啟動，以使用電力對電池進行充電。

Description

生理訊號偵測裝置
本發明係有關於生理訊號偵測裝置，特別是關於便攜式的心電訊號量測裝置。
高齡者、遠距離與個人化健康照護日益受到重視，使健康檢測的電子產品的趨勢朝便攜式的方向發展。此類的產品設計注重輕便、省電、低價且可以長時間追蹤使用者的生理訊號，例如體溫、心電圖(electrocardiogram)、脈搏等資訊，以有效的紀錄並關注使用者的生理狀況。因此，亟需一種生理訊號偵測裝置，符合操作簡易，構造緊緻且方便進行充電及收納的需求。
有鑒於此，本發明揭露了一種生理訊號偵測裝置，包括電池，設於生理訊號偵測裝置內，具有正端以及負端；第一輸入端、第二輸入端，以及充電偵測端；生理訊號偵測電路，與第一輸入端以及第二輸入端電性耦接，當第一輸入端及第二輸入端與量測目標電性連接時，生理訊號偵測電路根據第一輸入端及第二輸入端的電性偵測結果產生生理訊號；以及充電控制電路，與第一輸入端、第二輸入端以及充電偵測端電性耦接；其中，當第一、第二輸入端耦接充電裝置提供的電力時，充電偵測端則接收充電裝置之充電指示訊號，充電控制裝置依充電指示訊號而啟動， 以使用電力對電池進行充電。
本發明更揭露了上述充電裝置，包括第一、第二及第三端，用以分別耦接第一輸入端、充電指示端及第二輸入端；以及充電電路，耦接第一、第二及第三端用以提供該電力及該充電指示訊號。
以下揭露之內容可與圖式對照，其中相對應的部件大致以相同的標號註明於圖式上。且其中部分結構並未依照實際比例去繪示。於以下敘述中，為使易於理解，加入了許多特定的設置細節。然而，具有一般技術知識之人應可理解僅需參考本發明所揭示的部分範例內容便可以實現本發明。於部分範例中，習知的結構與元件以方塊圖的方式呈現，以使內容簡明易懂。
第1圖為本發明一實施例中，生理訊號偵測裝置200及充電器100的結構示意圖。本實施例中，生理訊號偵測裝置200為一種心電圖(electrocardiogram)量測裝置，為可攜式的設計，可以磁扣的方式固定於使用者的服裝上。生理訊號偵測裝置200包括三個作為與外部連接接口的端子，第一輸入端Pr2、第二輸入端Pl2，以及充電偵測端Pc2。本發明之特色在於上述第一及第二輸入端子Pr2、Pl2既可在一般量測操作模式下時作為人體心電訊號的輸入端，亦可在充電模式下搭配充電偵測端Pc2作為接收充電器100的電源供應的輸入端。
當生理訊號偵測裝置200連接至充電器100時，第一 輸入端Pr2、充電偵測端Pc2，以及第二輸入端Pl2分別連接充電器之第一輸出端Pr1、充電指示端Pc1及第二輸出端Pl1。生理訊號偵測裝置200透過第一輸入端Pr2及第二輸入端Pl2取得充電電路110之電力，透過充電偵測端Pc2取得充電指示信號Vt。
參見第1圖，生理訊號偵測裝置200包括一充電偵測電路240，與充電偵測端Pc2電性耦接，用以偵測充電偵測端Pc2的電位並判別該充電指示信號，進而輸出相對應的偵測訊號以控制生理訊號偵測裝置200的操作模式。充電偵測電路240例如由比較器210和電阻器R1、R2所構成。當充電偵測端Pc2的電位大於參考電位Vref時，充電偵測電路240輸出一對應的第一偵測訊號至節點No，以對應指示生理訊號偵測裝置200處於充電/收納模式；當充電偵測端Pc2的電位不大於參考電位Vref時，充電偵測電路240輸出一對應的第二偵測訊號至節點No，用以對應指示生理訊號偵測裝置200處於一般量測操作模式。
生理訊號偵測裝置200包括生理訊號偵測電路220，與第一輸入端Pr2、第二輸入端Pl2電性連接。生理訊號偵測電路220受電源Vcc_ECG的驅動，接受並處理來自第一輸入端Pr2、第二輸入端Pl2的輸入訊號，例如生物電訊號，並將之轉換成一生理訊號Sd並輸出。
生理訊號偵測裝置200包括微處理單元230，與生理訊號偵測電路220以及節點No耦接。微處理單元230受電源Vcc的驅動，當接收來至節點No的第二偵測訊號時(即 運作於一般量測操作模式時)，微處理單元230接受並處理來自生理訊號偵測電路220的生理訊號Sd，並根據生理訊號Sd計算出複數個生理資料St。於部份實施例中，生理資料St可包括：心率，卡路里消耗量，心電圖，運動時間等資訊。生理訊號偵測裝置200更可包括一無線傳輸裝置280，用以傳輸生理資料St，以儲存並顯示於個人電腦、雲端資料庫、或個人行動裝置。
生理訊號偵測裝置200包括電池BAT與充電控制電路250。電池BAT包括一正端與一負端，安裝於生理訊號偵測裝置200內部，作為供應生理訊號偵測裝置200內部各電路運作所需的電源。充電控制電路250具有一電源輸入端Vin以及一控制端EN，分別與第一輸入端Pr2以及節點No耦接。當控制端EN接收來自節點No的第一偵測訊號時(即運作於充電/收納模式時)，充電控制電路250會致能(enable)並透過電源輸入端Vin將第一輸入端Pr2的電力進行處理後，提供給電池BAT的正端。當節點No為第二偵測訊號時(即運作於一般量測操作模式時)，充電控制電路250則失能(disable)並切斷電源輸入端Vin與電池BAT的連接，停止對電池BAT的充電動作。生理訊號偵測裝置200更包括一電晶體M1，汲極與閘極接耦接於第二輸入端Pl2，基極與第一輸入端Pr2耦接，源極透過參考電位節點GND與電池BAT的負端共同接地。電池BAT透過第一輸入端Pr2、第二輸入端Pl2進行充電。生理訊號偵測裝置200更包括一電容C1，耦接於電源輸入端Vin以及控制端EN 之間；以及一二極體D2，耦接於節點No以及控制端EN之間。
生理訊號偵測裝置200包括一直流轉換電路260以及開關SW1與SW2。直流轉換電路260與電池BAT耦接，將電池BAT所提供之電壓轉換為電路運作所需要的電壓。其中供應給微處理單元的電源為Vcc、供應給生理訊號偵測電路220的電源為Vcc_ECG、供應給無線傳輸裝置280的電源為Vcc_BT。開關SW1的兩端分別與生理訊號偵測電路220以及直流轉換電路260輸出電源Vcc_ECG的端點連接。開關SW1的控制端與微處理單元230連接，當微處理單元230接收來自節點No的第二偵測訊號時(即運作於一般量測操作模式時)，微處理單元230對應產生具有第一電位的控制訊號So，導通開關SW1使電源Vcc_ECG被供給至生理訊號偵測電路220；當微處理單元230接收來自節點No的第一偵測訊號時(即運作於充電/收納模式時)，微處理單元230對應產生具有第一電位的控制訊號So，關閉開關SW1使電源Vcc_ECG停止供給至生理訊號偵測電路220。開關SW2的兩端分別與無線傳輸裝置280以及直流轉換電路260輸出電源Vcc_BT的端點連接。開關SW2的控制端與微處理單元230連接，當微處理單元230接收來自節點No的第一偵測訊號時(即運作於一般量測操作模式時)，微處理單元230對應產生具有第一電位的控制訊號So，導通開關SW2使電源Vcc_BT被供給至無線傳輸裝置280；當微處理單元230接收來自節點No的第一偵測訊號 時(即運作於充電/收納模式時)，微處理單元230對應產生第二電位的控制訊號So，關閉開關SW2使電源Vcc_BT停止供給至無線傳輸裝置280。
生理訊號偵測裝置200包括一啟動單元270，與該微處理單元230耦接，用於產生一啟動指令Vo。當啟動指令Vo傳送至微處理單元230時，該生理訊號偵測裝置200處於量測操作模式，而該微處理單元進而連通該等電源開關SW1及/或SW2，使該電池提供電源至該生理訊號偵測電路220及/或無線傳輸裝置280，藉此啟動生理訊號偵測裝置200進行生物電訊號的偵測。於一實施例中，啟動單元270可以是一霍爾感測器。當生理訊號偵測裝置200與使用者身上的一磁扣結合時，霍爾感測器因磁場的改變而送出啟動指令Vo，使生理訊號偵測裝置200之生理訊號偵測電路220進行量測。
充電器100可搭配生理訊號偵測裝置200使用，以對生理訊號偵測裝置200進行充電。充電器100包括三個對外的接點：第一輸出端Pr1、第二輸出端Pl1以及一充電指示端Pc1，分別對應生理訊號偵測裝置200的第一輸入端Pr2、第二輸入端Pl2，以及充電偵測端Pc2。當充電器100與生理訊號偵測裝置200結合時，透過第一輸出端Pr1對第一輸入端Pr2輸入一電壓Vc；透過充電指示端Pc1對充電偵測端Pc2輸入電壓Vt(充電指示訊號)；並透過第二輸出端Pl1將參考電位節點GND_c與第二輸入端Pl2連接。充電器100更包括二極體D1，耦接於第一輸出端Pr1與電壓Vt的 輸出端之間；電阻R4，耦接於電壓Vt的輸出端與充電指示端Pc1之間；電阻R3，耦接於電壓Vt的輸出端與第二輸出端Pl1之間。
第2圖顯示了當第1圖實施例之生理訊號偵測裝置200處於一般量測操作模式時的電路運作示意圖。此時第一輸入端Pr2及第二輸入端Pl2分別與連接墊P1及P2連接，而P1及P2又各自連接於待測目標(例如人體部位)T0的兩端；而充電偵測端Pc2為浮接。此時的充電偵測端Pc2的電位為第一狀態(例如2.6V)時，比較器210將之與一參考電壓Vref(例如2.8V)比對後，充電偵測電路240輸出一對應的第二偵測訊號Vb至節點No，以對應指示生理訊號偵測裝置200處於一般量測操作模式。
此時微處理單元230接收來自節點No的第二偵測訊號Vb時，微處理單元230對應產生第一狀態的控制訊號So，導通開關SW2使電源Vcc_BT被供給至無線傳輸裝置280，並導通開關SW1使電源Vcc_ECG被供給至生理訊號偵測電路220。
當使用者準備開始進行量測時，啟動單元270產生啟動指令Vo給該微處理單元230，使生理訊號偵測裝置200進行偵測。生理訊號偵測電路220之生理訊號偵測電路220透過連接墊P1及P2量測待測物T0的生物電訊號，例如心電訊號，並加以處理成生理訊號Sd。
當接收來至節點No的第二偵測訊號Vb時，微處理單元230接受並處理來自生理訊號偵測電路220的生理訊號 Sd，並根據生理訊號Sd計算出複數個生理資料St。生理資料St接著透過無線傳輸裝置280上傳，以儲存並顯示於個人電腦、雲端資料庫、或個人行動裝置。
此時，由於No為第二偵測訊號Vb，充電控制電路250失能而切斷電源輸入端Vin與電池BAT的連接，停止對電池BAT的充電動作。而電晶體M1處於關閉狀態，使第二輸入端Pl2與電池BAT的負端電性隔離。
第3圖顯示了當第1圖實施例之生理訊號偵測裝置200處於充電模式時的電路運作示意圖。此時，充電器100與生理訊號偵測裝置200接合，且第一輸出端Pr1、第二輸出端Pl1以及一充電指示端Pc1，分別電性連接生理訊號偵測裝置200的第一輸入端Pr2、第二輸入端Pl2，以及充電偵測端Pc2。由於充電指示端Pc1對充電偵測端Pc2輸入充電指示訊號Vt，使得充電偵測端Pc2的電位為第二狀態(例如3.0V)，比較器210將充電偵測端Pc2的電位與該參考電壓Vref(例如2.8V)比對後，充電偵測電路240輸出一對應的第一偵測訊號Va至節點No，以對應指示生理訊號偵測裝置200處於一充電/收納模式。
此時微處理單元230接收來自節點No的第一偵測訊號Va時，微處理單元230對應產生具第二電位的控制訊號So，切斷開關SW2使電源Vcc_BT停止供給至無線傳輸裝置280，並切斷開關SW1使電源Vcc_ECG停止供給至生理訊號偵測電路220。因此於充電模式下，無線傳輸裝置280與生理訊號偵測電路220皆停止運作。
此時，根據節點No的第一偵測訊號Va，充電控制電路250對電源輸入端Vin上的電力進行處理後再提供給電池BAT，使充電器100透過第一輸出端Pr1及第一輸入端Pr2輸入電壓Vc對電池BAT進行充電，同時電晶體M1處於導通開啟狀態，使第二輸入端Pl2與電池BAT的負端電性連接以形成共同接地，因此充電器100與電池BAT形成一迴路以進行充電動作。
第4圖顯示了當第1圖實施例之生理訊號偵測裝置200處於收納模式時的電路運作示意圖。於收納模式，充電器100與生理訊號偵測裝置200接合，且第一輸出端Pr1、第二輸出端Pl1以及一充電指示端Pc1，分別電性連接生理訊號偵測裝置200的第一輸入端Pr2、第二輸入端Pl2，以及充電偵測端Pc2，但此時充電器100例如未插上供電插頭或充電電路110被失能，而使得充電電路110未能提供電壓Vc與第二偵測訊號Vt至生理訊號偵測裝置200。然而由於生理訊號偵測裝置200內的電池BAT仍持續供應電源Vcc，故透過電阻R3及R4與充電偵測電路240所形成的迴路，使得充電偵測端Pc2的電位為一第三狀態(例如2.2V)，比較器210將充電偵測端Pc2的電位與該參考電壓Vref(例如2.8V)比對後，充電偵測電路240仍輸出第一偵測訊號Va至節點No，對應指示生理訊號偵測裝置200處於一充電/收納模式。
此時微處理單元230接收來自節點No的第一偵測訊號Va時，微處理單元230對應產生具第二電位的控制訊號 So，切斷開關SW2使電源Vcc_BT停止供給至無線傳輸裝置280，並切斷開關SW1使電源Vcc_ECG停止供給至生理訊號偵測電路220。因此於充電模式下，無線傳輸裝置280與生理訊號偵測電路220皆停止運作。
而由於充電電路110並未提供電壓Vc，因此充電器100單純用來承載生理訊號偵測裝置200，作為收納之用途。
本發明提供之生理訊號偵測裝置200搭配充電器100使用，藉由共用充電與量測的端子，可以有效的簡化生理訊號偵測裝置200的使用並減小其體積，且具有收納方便的特點。
以上描述揭露了本發明的概念。應可理解於相關領域具有一般知識技術之人可以根據上述內容做各種修改，而並未悖離本發明的精神與範疇。再者，所有的實例與敘述僅作為範例之用，讓閱讀之人可以更容易理解本發明，並未限制專利保護的範圍。所有在此描述之準則，情境，以及實施例，亦僅作為範例之用，等同於任何結構上或功能上相同的替代物，包括現有的或尚未被發明的。另外，前文中『包括』，『包含』，『具有』，或是『擁有』等類似的詞並非排除的用意。而『範例』僅作為示範之用，並非指最佳的方法。為求圖式簡明，以上所揭露的特徵，層狀結構，及/或元件皆以特定的結構與比例去繪示，實際上的結構與比例可能會與圖式的內容不同。
上述內容僅為示範之用，實際的專利保護範圍請參考以下的專利請求項。
100‧‧‧充電器
110‧‧‧充電電路
200‧‧‧生理訊號偵測裝置
210‧‧‧比較器
220‧‧‧生理訊號偵測電路
230‧‧‧微處理單元
240‧‧‧充電偵測電路
250‧‧‧充電控制電路
260‧‧‧直流轉換電路
270‧‧‧啟動單元
280‧‧‧無線傳輸裝置
BAT‧‧‧電池
C1‧‧‧電容
D1、D2‧‧‧二極體
GND‧‧‧參考電位節點
M1‧‧‧電晶體
Pr1‧‧‧第一輸出端
Pl1‧‧‧第二輸出端
Pc1‧‧‧充電指示端
Pr2‧‧‧第一輸入端
Pl2‧‧‧第二輸入端
Pc2‧‧‧充電偵測端
R1、R2、R3、R4‧‧‧電阻
Sd‧‧‧生理訊號
St‧‧‧生理資料
So‧‧‧控制訊號
SW1、SW2‧‧‧開關
Va‧‧‧第一偵測訊號
Vb‧‧‧第二偵測訊號
Vc‧‧‧電壓
Vcc、Vcc_ECG、Vcc_BT‧‧‧電源
Vref‧‧‧參考電壓
Vo‧‧‧啟動訊號
Vt‧‧‧第二狀態的電壓
本發明所揭露之說明書內容可搭配以下圖式閱讀以使更容易理解。須注意的是圖式之部分特徵並未根據業界的實際產品比例所規劃。事實上，這些特徵的長寬比例都可以任意增減，並不影響發明的本質。本發明中相同的特徵皆以相同的標號表示。
第1圖為本發明一實施例中，生理訊號偵測裝置200及充電器100的結構示意圖。
第2圖顯示了當第1圖實施例之生理訊號偵測裝置200處於一般量測操作模式時的電路運作示意圖。
第3圖顯示了當第1圖實施例之生理訊號偵測裝置200處於充電模式時的電路運作示意圖。
第4圖顯示了當第1圖實施例之生理訊號偵測裝置200處於收納模式時的電路運作示意圖。
100‧‧‧充電器
110‧‧‧充電電路
200‧‧‧生理訊號偵測裝置
210‧‧‧比較器
220‧‧‧生理訊號偵測電路
230‧‧‧微處理單元
240‧‧‧充電偵測電路
250‧‧‧充電控制電路
260‧‧‧直流轉換電路
270‧‧‧啟動單元
280‧‧‧無線傳輸裝置
BAT‧‧‧電池
C1‧‧‧電容
D1、D2‧‧‧二極體
GND‧‧‧參考電位節點
M1‧‧‧電晶體
Pr1‧‧‧第一輸出端
Pl1‧‧‧第二輸出端
Pc1‧‧‧充電指示端
Pr2‧‧‧第一輸入端
Pl2‧‧‧第二輸入端
Pc2‧‧‧充電偵測端
R1、R2、R3、R4‧‧‧電阻
Sd‧‧‧生理訊號
St‧‧‧生理資料
SW1、SW2‧‧‧開關
Vc‧‧‧電壓
Vcc、Vcc_ECG、Vcc_BT‧‧‧電源
Vref‧‧‧參考電壓
Vo‧‧‧啟動訊號
Vt‧‧‧第二狀態的電壓

Claims (9)

  1. 一種生理訊號偵測裝置，包括：一電池，設於該生理訊號偵測裝置內，具有一正端以及一負端；一第一輸入端、一第二輸入端，以及一充電偵測端；一生理訊號偵測電路，與該第一輸入端以及該第二輸入端電性耦接，當該第一輸入端及該第二輸入端與一量測目標電性連接時，該生理訊號偵測電路根據該第一輸入端及該第二輸入端的電性偵測結果產生一生理訊號；以及一充電控制電路，與該第一輸入端、該第二輸入端以及該充電偵測端電性耦接；其中，當該第一、第二輸入端耦接一充電裝置提供的一電力時，該充電偵測端則接收該充電裝置之一充電指示訊號，該充電控制裝置依該充電指示訊號而啟動，以使用該電力對該電池進行充電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之生理訊號偵測裝置，其中更包括：一微處理單元，與該充電偵測端以及該生理訊號偵測電路電性耦接，其中該微處理單元接收來自該生理訊號偵測電路的該生理訊號，並根據該生理訊號計算出複數個生理資料。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之生理訊號偵測裝置，其中更包括：一電源開關，與該微處理單元、該生理訊號偵測電路以及該電池耦接，其中當該充電偵測端接收該充電指示訊號時，該微處理單元回應該充電指示訊號而切斷該電源開 關，使該電池停止提供電源至該生理訊號偵測電路。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之生理訊號偵測裝置，其中更包括：一啟動單元，與該微處理單元耦接，當該啟動單元發送一啟動訊號至該微處理單元時，該生理訊號偵測裝置處於一量測操作模式，該微處理單元進而連通該電源開關，使該電池提供電源至該生理訊號偵測電路。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之生理訊號偵測裝置，其中該啟動單元為一霍爾感測器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之生理訊號偵測裝置，其中更包括：一直流轉換電路，耦接於該電池，其中該直流轉換電路將該該電池之電壓轉換後提供至該生理訊號偵測裝置中的內部電路。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之生理訊號偵測裝置，其中更包括：一藍芽裝置，與該微處理單元電性耦接，其中該藍芽裝置接收該生理資料，並將該生理資料轉換為一無線訊號。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之生理訊號偵測裝置，其中該些生理資料包括：心率，卡路里消耗量，心電圖，運動時間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之生理訊號偵測裝置，更包括該充電裝置，該充電裝置包括：一第一、第二及第三端，用以分別耦接該第一輸入端、 該充電指示端及該第二輸入端；以及一充電電路，耦接該第一、第二及第三端用以提供該電力及該充電指示訊號。
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