TWI769752B

TWI769752B - 多信號並行採集電路、電子裝置及身體特徵信號採集儀

Info

Publication number: TWI769752B
Application number: TW110110395A
Authority: TW
Inventors: 焦旭
Original assignee: 大陸商北京微動數聯科技有限公司
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2022-07-01
Also published as: CN114600050A; WO2022067682A1; CN114600050B; TW202215771A

Abstract

一種多信號並行採集電路、電子裝置及身體特徵信號採集儀，包含：第一信號接收端，接收由一第一類比信號和一第二類比信號混疊而成的一第一混疊信號；一第一信號放大單元，放大該第一混疊信號，得到一第一放大信號；一第一電壓基準，為該第一混疊信號提供偏置電壓；一第二信號接收端，接收由一第三類比信號和一第四類比信號混疊而成的一第二混疊信號；一第二信號放大單元，放大該第二混疊信號，得到一第二放大信號；一第二電壓基準，為該第二混疊信號提供偏置電壓；一模數轉換單元，採集該第一放大信號和該第二放大信號。

Description

多信號並行採集電路、電子裝置及身體特徵信號採集儀

本發明係關於一種電子設備領域，尤其是一種多信號並行採集電路、一種電子裝置及一種床墊。

目前的現有技術中，可以在床墊上設置多種規格的感測器共同構成的陣列來檢測人體的心跳、呼吸及體動信號。相關方案中，採用了不同規範的感測器陣列，從而將小型的心跳、呼吸信號與大型的體動信號分離開來，但並未提及對於採樣電路也做出區分。

由於心跳、呼吸的振動信號小，但需要的採樣精度高。體動信號從如心跳的小信號直到非常大的信號均有，但需要關注的是顯著體動，顯著體動的信號與心跳呼吸信號幅值差距幾倍，甚至上百倍。但顯著體動信號並不需要高精度的採樣。

如果採用高精度的單一電路採集，必然導致成本大幅增加，在類比電路中提高兩個數量級的精度是會普遍導致成本增加。同時，在對信號進行並行處理時，需要在演算法中將數量級不同的信號進行分離，這在高頻、大陣列感測器信號處理中會大大增加處理器負擔，信號處理成本也很高。

基於此，本發明提供了一種多信號並行採集電路，包含：一第一混疊信號接收端，接收一第一混疊信號，該第一混疊信號混疊一第一類比信號和一第二類比信號，該第一類比信號的幅值範圍大於該第二類比信號的幅值範圍；一第一信號放大單元，放大該第一混疊信號，得到一第一放大信號；一第一電壓基準，為該第一混疊信號提供偏置電壓；一第二混疊信號接收端，接收一第二混疊信號，該第二混疊信號混疊該第三類比信號和該第四類比信號，該第三類比信號與該第一類比信號同源，該第四類比信號與該第二類比信號同源；一第二信號放大單元，放大該第二混疊信號，得到一第二放大信號；一第二電壓基準，為該第二混疊信號提供偏置電壓；一模數轉換單元，採集該第一放大信號作為該第一類比信號的採樣值，當該第一放大信號小於一第一閾值時，該模數轉換單元採集該第二放大信號作為該第四類比信號的採樣值。

本發明還提供了一種電子裝置，包含：一第一感測器，與一第一信源耦合，把該第一信源的預設物理量轉換成一第一混疊信號，該第一混疊信號包含一第一類比信號和一第二類比信號的混疊，該第一類比信號的幅值範圍大於該第二類比信號的幅值範圍；一第二感測器，與該第一信源耦合，把該第一信源的該預設物理量轉換成一第二混疊信號，該第二混疊信號包含該第三類比信號和該第四類比信號的混疊，該第三類比信號與該第一類比信號同源，該第四類比信號與該第二類比信號同源；前述任意一種多信號並行採集電路與該第一感測器和該第二感測器連接。

本發明還提供了一種身體特徵信號採集儀，包含前述任意一種電子裝置。

利用上述多信號並行採集電路、電子裝置和床墊，可以通過靈活配置採集電路的信號放大倍率和偏置，從而可以實現利用相同的類比量採集電路，採集多個信號幅度不同類比量。從而可以降低成本，減少處理器的工作負擔。

由於該第一混疊信號包含該第一類比信號和該第二類比信號的混疊。且該第一類比信號的幅值範圍大於該第二類比信號的幅值範圍。因而該第二類比信號相對比較微弱容易受到干擾。在本發明中，同步產生該第一混疊信號的孿生信號第二混疊信號。該第二混疊信號包含該第三類比信號和該第四類比信號。該第三類比信號等同於該第一類比信號，該第四類比信號等同於該第二類比信號。

在本發明中為該第一混疊信號的信號處理和該第二混疊信號的信號處理分別配置不同處理分支電路，分別針對該第一類比信號和等同於該第二類比信號的第四類比信號進行信號處理，可以實現分別對兩種信號更優化的處理。特別是在每個分支電路中，分別根據該第一類比信號和該第二類比信號幅值範圍的不同，而定制化地採用不同的電壓基準和放大倍率使得兩種信號可以得到更優化的處理。

當該第一類比的信號為體動信號時，由於體動信號的幅度較大且處理精度要求不高。因而可以在處理該第一類比信號的分支電路中採用性能較低的器件，從而可以降低成本。又由於該第一類比信號的幅值範圍大於該第二類比信號的幅值範圍。儘管該第一放大信號中含有該第二類比信號的成分，但是該成分顯然很小。把該第一放大信號的採樣值作為該第一類比信號的採樣值，可以滿足該第一信號的信號採集精度要求。

由於體動信號為偶發信號，在該第一放大信號的幅值小於該第一閾值時，可以認為體動信號並未產生。此時該第一混疊信號和該第二混疊信號中並不含由該第一類比信號（體動信號）。此時該第二信號可以看做是單純該第二類比信號的放大。此時採集到的該第二放大信號就可以作為該第二類比信號的採樣值。

相對于傳統方案，上述電路省去了拓撲結構複雜的信號解耦電路和價格較貴的儀用放大電路。從而可以降低電路的複雜度和減低系統成本。特別是在上述電路應用於身體特徵信號採集儀時，由該採集儀需要以陣列形式排布多個感測器，需要處理相對繁多的類比信號。利用上述電路可以相對明顯地降低該採集儀的系統複雜度、製造成本以及維護成本。

在上述方案中，由於採用兩個感測器同時感知相同的物理量。因而該兩個感測器輸出的混疊信號一般高度相似。可以利用兩個混疊信號相互比對確定兩個感測器中的一個是否工作正常。通過上述方式可實現設備自檢和快速故障定位。從而可以降低維護成本。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

第1圖示出了本發明的一個實施例多信號並行採集電路的組成示意圖。

如第1圖所示，一電路1000可以包含：一第一混疊信號接收端111、一第一電壓基準112、一第一信號放大單元113、一第二混疊信號接收端121、一第二電壓基準122、一第二信號放大單元123和一模數轉換單元13。

其中，該第一混疊信號接收端111和該第二混疊信號接收端121可以分別用於採集一第一混疊信號和一第二混疊信號。其中該第一混疊信號可以混疊一第一類比信號和一第二類比信號。該第一類比信號的信號幅值範圍可以大於該第二類比信號的幅值範圍。該第二混疊信號也可以混疊一第三類比信號和一第四類比信號。其中該第三類比信號可以與該第一類比信號同源，即該第三類比信號和該第一類比信號可以轉換自同一信號源的同一物理量，且該第三類比信號和該第一類比信號高度相似，可以等同於該第一類比信號。該第四類比信號可以與該第二類比信號同源，即該第四類比信號可以與該第二類比信號轉換自同一信號源的同一物理量，該第四類比信號和該第二類比信號可以高度相似，可以等同於該第二類比信號。該第一混疊信號和該第二混疊信號可以高度相似。

較佳地，該第一混疊信號和該第二混疊信號可以存在相位差。更佳地，該第一混疊信號的相位和該第二混疊信號的相位可以相差180°。較佳地，該第一混疊信號和該第二混疊信號中的至少一個可以來自於壓電片。較佳地，該第一混疊信號和該第二混疊信號可以轉換自相同信源的同一物理量。

較佳地，該第一類比信號和該第四類比信號中的至少一個可以為電信號。更佳地，該第一類比信號和該第四類比信號中的至少一個可以是電壓信號、電流信號、電阻信號、電容信號等。較佳地，該第一類比信號和該第四類比信號中的至少一個可以是直流信號也可以是交流信號。

較佳地，該第一類比信號和該第四類比信號中的至少一個可以為心跳信號或者體動信號。比如該第一類比信號可以是體動信號，該第四類比信號可以是心跳信號或者呼吸信號，或者二者的混疊。

該第一電壓基準112可以與該第一混疊信號接收端111電連接，並可以為該第一混疊信號提供電壓偏置。該第二電壓基準122可以與該第二混疊信號接收端121電連接，並可以為該第二混疊信號提供電壓偏置。

該第一信號放大單元113可以與該第一混疊信號接收端111電連接，並可以用於信號放大該第一混疊信號，得到一第一放大信號。該第二信號放大單元123可以與該第二混疊信號接收端121電連接，用於信號放大該第二混疊信號，得到一第二放大信號。

更佳地，該第一電壓基準112和該第一信號放大單元113可以根據該第一類比信號的信號波動範圍配置。較佳地，該第一電壓基準112可以配置為該第一信號放大單元113供電電壓，可以是第一電壓基準112電壓輸出值的兩倍。這樣配置可以充分利用該第一信號放大單元的最佳輸出區間。比如，當該第一信號放大單元113採用單電源供電時，該第一電壓基準112的電壓值可以是該第一信號放大單元113供電電源電壓的一半。

該第一電壓基準112可以用於抬升該第一混疊信號，使得抬升後的第一混疊信號的信號波動範圍的中位元值與該第一信號放大單元113供電電壓的中位元值相當。較佳地，該第一電壓基準112也可以抬升該第一放大信號，使得該第一放大信號的信號波動範圍的中位元值與該第一信號放大單元113供電電壓的中位元值相當。

該第二電壓基準122和該第二信號放大單元123可以根據該第四類比信號的信號波動範圍配置。較佳地，該第二信號放大單元123供電電壓可以配置為該第二電壓基準122輸出電壓的兩倍。這樣配置可以充分利用該第二信號放大單元的最佳輸出區間。比如，當該第二信號放大單元123採用單電源供電時，該第二電壓基準122的電壓值可以是該第二信號放大單元123供電電源電壓的一半。當該第二信號放大單元123為雙電源供電時，該第二電壓基準122的電壓值可以是該第二信號放大單元123正端供電電源電壓和負端供電電源電壓的均值。

該第二電壓基準122可以用於抬升該第二混疊信號，使得該第二混疊信號的信號波動範圍的中位元值與該第二信號放大單元123供電電壓的中位元值相當。較佳地，該第二電壓基準122也可以抬升該第二放大信號，使得該第二放大信號的信號波動範圍的中位元值與該第二信號放大單元123供電電壓的中位元值相當。

更佳地，該第一電壓基準112的電壓值可以與該第一類比信號的信號波動範圍正相關；該第二電壓基準122的電壓值可以與該第四類比信號的信號波動範圍正相關。該第一信號放大單元113的放大倍率可以與該第一類比信號的信號波動範圍負相關；該第二信號放大單元123的放大倍率可以與該第四類比信號的信號波動範圍負相關。

該模數轉換單元13可以分別與該第一信號放大單元113和該第二信號放大單元123電連接。並可以用於採集該第一放大信號和該第二放大信號。較佳地，該模數轉換單元13可以包含兩個或者兩個以上模數轉換通道。更佳地，該模數轉換單元13可以包含較高精度模數轉換通道和較低精度模數轉換通道，分別用於採集該第一放大信號和該第二放大信號。比如可以利用較低精度模數轉換通道採集該第一放大信號，利用較高精度模數轉換通道採集該第二放大信號。

該兩個或者兩個以上模數轉換通道的電壓採集範圍可以均相同，也可以各不相同。更佳地，較低精度模數轉換通道的信號採集範圍可以與該第一信號放大單元113的供電電壓匹配；較高精度模數轉換通道的信號採集範圍可以與該第二信號放大單元123的供電電壓匹配。

該模數轉換單元13可以採集該第一放大信號作為該第一類比信號的採樣值。當該第一放大信號小於一第一閾值時，該模數轉換單元13可以採集該第二放大信號作為該第四類比信號的採樣值。

較佳地，該電路1000還可以包含串聯連接的一第一電阻器和一第二電阻器。該第一混疊信號接收端111可以與該第一電阻器電連接；該第一電壓基準112可以與該第二電阻器電連接。該第一信號放大單元113的輸入端可以與該第一電阻器和該第二電阻器連接。

較佳地，該電路1000還可以包含串聯連接的一第三電阻器和一第四電阻器。該第二混疊信號接收端121可以與該第三電阻器電連接；該第二電壓基準122可以與該第四電阻器電連接。該第二信號放大單元123的輸入端可以與該第三電阻器和該第四電阻器連接。

更佳地，該電路1000還可以包含一第一跟隨器，連接於該第一混疊信號接收端111與該第一電阻器之間。以及可以包含一第二跟隨器，連接於該第二混疊信號接收端121與該第三電阻器之間。

更佳地，該電路1000還可以包含一第一濾波器，連接於該第一混疊信號接收端111與該第一電阻器之間。以及可以包含一第二濾波器，連接於該第二混疊信號接收端121與該第三電阻器之間。較佳地，該第一濾波器和該第二濾波器中的至少一個可以包含一雙T阻容網路（twin-T resistance-capacitance network）。

較佳地，該電路1000還可以包含一第一過壓保護器，與該第一混疊信號接收端111連接。以及可以包含一第二過壓保護器，與該第二混疊信號接收端121連接。

較佳地，該電路1000還可以包含：一第2×N-1信號接收端，接收一第2×N-1混疊信號，其中該第2×N-1混疊信號混疊一第4×N-3類比信號和一第4×N-2類比信號，該第4×N-3類比信號的幅值範圍大於該第4×N-2類比信號的幅值範圍，N為大於1的整數。一第2×N-1信號放大單元，放大該第2×N-1混疊信號，得到一第2×N-1放大信號。一第2×N-1電壓基準，為該第2×N-1混疊信號提供偏置電壓。一第2×N信號接收端，接收一第2×N混疊信號，該第2×N混疊信號混疊該第4×N-1類比信號和該第4×N類比信號。一第2×N信號放大單元，放大該第2×N混疊信號，得到一第2×N放大信號。一第2×N電壓基準，為該第2×N混疊信號提供偏置電壓。該模數轉換單元，採集該第2×N-1放大信號作為該第4×N-3類比信號的採樣值，當該第2×N-1放大信號小於該第一閾值時，該模數轉換單元採集該第2×N放大信號作為該第4×N類比信號的採樣值。

第2圖示出了本發明的另一實施例多信號並行採集電路的原理示意圖。

如第2圖所示，一第一混疊信號接收端211可以用於接收一第一混疊信號Vin1_in。該第一混疊信號接收端211可以包含用於連接外部感測器的端子或者其他接外掛程式。其中，該外部感測器可以用於提供該第一混疊信號Vin1_in。較佳地，該第一混疊信號接收端211也可以包含端子或者接外掛程式的一部分。比如，該第一混疊信號接收端211和一第二混疊信號接收端221可以分別包含同一接外掛程式的不同引腳。

如本實施例所示，該第一混疊信號接收端211分別連接該第一混疊信號Vin1_in地GND。其中，該外部感測器可以是壓電片。

如第2圖所示，該第一混疊信號Vin1_in經一第一電壓基準VREF1提供偏置後，可以得到偏置後的一第一混疊信號Vin1_in_buf。一第一信號放大單元213可以用於對偏置後的第一混疊信號Vin1_in_buf進行放大，並得到一第一放大信號Vin1_large_out。該第一信號放大單元213可以包含一運算放大器U2。如本實施例所示，該運算放大器U2可以利用電源VDD1和地GND組成的單電源供電，較佳地，該運算放大器U2也可以利用正負雙電源供電。

較佳地，該第一混疊信號Vin1_in的信號波動範圍可以比較大，比如該第一混疊信號Vin1_in的信號波動範圍可以為±1V之間。為該第一信號放大單元213供電的電源VDD1可以配置為24V。並可以配置一第一電壓基準VREF1為電源VDD1的一半，即12V，則經過該第一電壓基準VREF1提供偏置電壓的偏置後的第一混疊信號Vin1_in_buf的信號波動範圍可以是11~13V。

如第2圖所示，較佳地，該第一信號放大單元213可以包含由該運算放大器U2、一電阻器R6和一電阻器R7組成的單端放大子電路。由於該第一混疊信號Vin1_in的信號波動範圍比較大，因而可以在前述單端放大子電路之後設置由一電阻器R8和一電阻器R9組成的衰減子電路。較佳地，該第一信號放大單元213也可以採用其他的拓撲結構。

可以配置該電阻器R6和該電阻器R7的比值為1:10，比如可以配置該電阻器R6為10KΩ，該電阻器|R7為100KΩ。此時，前述單端放大子電路的放大倍率為11。該電阻器R6的另一端可以連接該第一電壓基準VREF1。此時，前述單端放大子電路為以該第一電壓基準VREF1參考點的放大電路。此時，該運算放大器U2的輸出端的信號波動範圍可以是1~23V。

可以配置該電阻器R8和該電阻器R9衰減該運算放大器U2的輸出端的信號，得到該第一放大信號Vin1_large_out。可以配置該電阻器R8和該電阻器R9的比例為10:1，則衰減子電路的衰減倍率為1/11。即該第一信號放大單元213的總放大倍率可以為1。比如：可以配置該電阻器R8為100KΩ，該電阻器R9為10KΩ，則該第一放大信號Vin1_large_out的信號波動範圍可以為0.091~2.091V。較佳地，也可以配置一電容C5，與該電阻器R7並聯，用於降低雜訊。該電容C5的標稱值可以為100pF。可以在該運算放大器U2附近配置去耦電容（未示出），該去耦電容的標稱值可以為0.1μF。

如第2圖所示，一電路2000可以包含串聯連接的一第一電阻器R2和一第二電阻器R1，用於實現該第一混疊信號Vin1_in的電壓偏置。如本實施例所示，該第一電阻器R2可以與該第一混疊信號接收端211連接，該第二電阻器R1可以與該第一電壓基準VREF1連接。該第一電阻器R2和該第二電阻器R1的連接點可以與該第一信號放大單元213的輸入端連接。較佳地，可以配置該第一電阻器R2為1KΩ，該第二電阻器R1為1MΩ。較佳地，也可以採用其他電路拓撲為該第一混疊信號Vin1_in提供電壓偏置。

如第2圖所示，可以在該第一電阻器R2和該第二電阻器R1的連接點與該第一信號放大單元213的輸入端之間設置一第一跟隨器215。較佳地，該第一跟隨器215可以包含一運算放大器U1。該運算放大器U1的供電電源可以與該第一信號放大單元213的供電電源相同，為電源VDD1。可以在該運算放大器U1的附近配置去耦電容，該去耦電容的標稱值可以是0.1μF。

如第2圖所示，可以在該第一電阻器R2和該第二電阻器R1的連接點與該第一信號放大單元213的輸入端之間設置一第一濾波器216。較佳地，該第一濾波器216可以是無源濾波器，也可以是有源濾波器。較佳地，該第一濾波器216可以是高通濾波器、或者低通濾波器。該第一濾波器216也可以是帶通濾波器或者帶阻濾波器。較佳地是低通濾波器，以去除與體動、呼吸、心跳信號不相關的高頻雜訊。

較佳地，該第一濾波器216可以包含一雙T阻容網路。如本實施例所示，該第一濾波器216可以包含由一電容器C1、一電容器C2、一電阻器R5以及一電阻器R3、一電阻器R4、一電容器C3、一電容器C4組成的雙T網路。

其中，該電容器C1、該電容器C2和該電阻器R5可以組成該第一濾波器216的第一T型部分，其參考端可以為該第一電壓基準VREF1。即該電阻器R5可以與該第一電壓基準VREF1連接。較佳地，該電容器C1、該電容器C2可以均為150nF，該電阻器R5可以為20KΩ。

該電阻器R3、該電阻器R4、以及並聯連接的該電容器C3和該電容器C4可以組成該第一濾波器216的第二T型部分。其參考端可以為地GND，即該電容器C3和該電容器C4可以連接地GND。較佳地，該電阻器R3和該電阻器R4可以均為49KΩ，該電容器C3和該電容器C4可以均為150nF。

如第2圖所示，一第一過壓保護器214可以與該第一混疊信號接收端211直接電連接。該第一過壓保護器214可以用於防止壓電片輸入過壓，保護其後的電子器件，防止來自該第一混疊信號接收端211的破壞性干擾破壞該電路2000中的器件。破壞性干擾可以包含靜電。如本實施例所示，較佳地，該第一過壓保護器214也可以包含兩個二極體D1、D2分別連接電源VDD1和地GND。較佳地，該第一過壓保護器214也可以包含TVS二極體、放電管、壓敏電阻等器件。該第一過壓保護器214也可以採用其他拓撲結構。

如第2圖所示，一第二混疊信號接收端221與該第一混疊信號接收端211相似，一第二過壓保護器224可以與該第一過壓保護器214相似，不做贅述。如該電路2000也可以包含一第三電阻器R12和一第四電阻器R11。該第三電阻器R12和該第四電阻器R11分別與該第一電阻器R2和該第二電阻器R1相似，不做贅述。一第二跟隨器225和一第二濾波器226可以分別與該第一跟隨器215和該第一濾波器216相似不做贅述。

如第2圖所示，一第二信號放大單元223可以用於信號放大偏置後的第二混疊信號Vin2_in_buf，並得到一第二放大信號Vin2_large_out。該第二信號放大單元223可以包含一運算放大器U4。如本實施例所示，該運算放大器U4可以利用電源VDD1和地GND組成的單電源供電，較佳地，該運算放大器U4也可以利用正負雙電源供電。

較佳地，該第二混疊信號Vin2_in的信號波動範圍可以比較小，比如該第二混疊信號Vin2_in的範圍可以為±10mV之間。此時，為該第二信號放大單元223供電的電源VDD1可以配置為3V。並可以配置一第二電壓基準VREF2為1.5V，則經過該第二電壓基準VREF2提供偏置的偏置後的第二混疊信號Vin2_in_buf的信號波動範圍可以是1.49~1.51V。

該第二信號放大單元223可以包含由該運算放大器U4、一電阻器R16和一電阻器R17組成的單端放大子電路。較佳地，該第二信號放大單元223也可以採用其他的拓撲結構。可以配置該電阻器R16和該電阻器R17的比值為1:100。比如：可以配置該電阻器R16為1KΩ，該電阻器|R17為100KΩ。則該放大電路的放大倍率可以為101。該電阻器R16的另一端可以連接該第二電壓基準VREF2。此時，該放大電路可以以該第二電壓基準VREF2為參考點。此時，偏置後的第二混疊信號Vin2_in_buf經該放大電路放大後，得到的第二放大信號Vin2_large_out的信號波動範圍可以是0.49~2.51V。較佳地，也可以配置一電容C15，與該電阻器R17並聯，用於降低雜訊。該電容C15的標稱值可以是100pF。以及可以在該運算放大器U4附近配置去耦電容（未示出），該去耦電容的標稱值可以為0.1μF。

由於該第一放大信號Vin1_large_out的信號波動範圍0.091~2.091V與該第二放大信號Vin2_large_out的信號波動範圍0.49~2.51V大體相當。因而可以利用模數轉換單元（未示出）的同一模數轉換通道分時地分別採集該第一放大信號Vin1_large_out和該第二放大信號Vin2_large_out。較佳地，也可以利用不同的模數轉換通道分別採集該第一放大信號Vin1_large_out和該第二放大信號Vin2_large_out。

第3圖示出了本發明的另一實施例電子裝置的組成示意圖。

如第3圖所示，一電子裝置3000可以包含：一第一感測器321、一第二感測器322和一電路31。

其中，該第一感測器321，與一第一信源（未示出）耦合，把該第一信源的預設物理量轉換成一第一混疊信號，該第一混疊信號包含一第一類比信號和一第二類比信號的混疊，該第一類比信號的幅值範圍大於該第二類比信號的幅值範圍。其中，該第一信源可以是人體的預設部位，預設物理量可以是人體預設部位向感測器傳遞的壓力。該第二感測器322也可以與該第一信源耦合，把該第一信源的預設物理量轉換成一第二混疊信號，該第二混疊信號包含一第三類比信號和一第四類比信號的混疊。其中，該第三類比信號可以與該第一類比信號同源，該第四類比信號可以與該第二類比信號同源。該第三類比信號可以與該第一類比信號高度相似，可以等同於該第一類比信號。該第四類比信號可以與該第二類比信號高度相似，可以等同於該第二類比信號。該第一混疊信號和該第二混疊信號高度相似。

較佳地，該第一感測器321和該第二感測器322中的至少一個可以是壓電片，可以用於把由於體動、心跳和/或呼吸產生的壓力轉換為電信號。較佳地，該第一感測器321和該第二感測器322可以設置於相同位置。如本實施例所示，該第一感測器321和該第二感測器322可以分別設置於一電路板33的同一位置的兩面。該第一感測器321和該第二感測器322可以分別與二支撐物341和342接觸連接。

當該支撐物341承受來自箭頭方向的壓力時，該壓力可以通過傳導作用可以同時傳遞給該第一感測器321和該第二感測器322。使得二者承受相同的壓力作用。進而可以使得二者輸出相同的或者相反（取決於接線方式）的電信號。

該電路31為前述任意一種電路。該電路31可以分別與該第一感測器321和該第二感測器322連接。分別採集來自該第一感測器321的第一混疊信號和來自該第二感測器322的第二混疊信號。

較佳地，該第一類比信號可以包含體動信號。該第二類比信號可以包含心跳信號、呼吸信號或者二者的混疊。

較佳地，該電子裝置還可以包含一處理器（未示出）。該處理器可以與該電路31連接，獲取該第一類比信號的採樣值和該第四類比信號的採樣值。該處理器還可以根據該第一類比信號的採樣值和該第四類比信號的採樣值進行數位信號處理。比如可以從該第四類比信號中分離心跳信號和呼吸信號。該處理器該可以根據體動信號、心跳信號和呼吸信號對人體的健康資訊進行有效的分析。以及可以展示該分析的分析結果。

較佳地，由該第一感測器321和該第二感測器322耦合相同的信源。因而，該處理器可以利用該電路31採集該第一放大信號和該第二放大信號，並根據該第一放大信號的採樣值和該第二放大信號相互比照，判斷該第一感測器321是否故障。也可以根據該比照結果判斷該第二感測器322是否故障。由於該第一混疊信號與該第二混疊信號高度相似，而該第二放大單元的放大倍率大於該第一放大單元的放大倍率。因而，當該第一放大信號出現一定幅度的信號波動時，該第二放大信號一般會呈現方波信號。當該電路31中的第一放大信號的出現一定幅度的波動時，如果此時該第二放大信號不是方波，則可以判斷該第二感測器損壞。反之，如果該第二放大信號呈方波狀態，而該第一放大信號沒有足夠的波動幅度，則可以確定該第一感測器損毀。

通過上述方式可以對壓電片這種易損件進行有效檢測。從而可以有效判斷該電子裝置3000是否正常工作，以及可以快速地進行故障定位。從而可以降低該電子裝置3000的維護成本。

較佳地，該電子裝置3000還可以包含一第2×N-1感測器、一第2×N感測器，分別用於提供一第2×N-1混疊信號和一第2×N混疊信號。其中N為大於1的整數。較佳地，該第2×N-1感測器和該第2×N感測器可以耦合第N信源。較佳地，該N個信源可以為人體呈矩陣形態的不同部位。該2×N個感測器可以呈兩層的排布。

本發明還提供一種身體特徵信號採集儀，包含，前述任意一種電子裝置。採集矩陣排布的人體各點身體特徵信號。較佳地，該身體特徵信號採集儀也可以包含一墊子，與用戶身體接觸，並承載前述電子裝置中的第一感測器和第二感測器。較佳地，該墊子還可以承載前述墊子裝置的其他感測器。較佳地，該採集可以為床墊形式、坐墊形式、或者其他非穿戴體征信號檢測裝置。

利用上述電路、電子裝置和床墊，可以通過靈活配置採集電路的信號放大倍率和偏置，從而可以實現利用相同的類比量採集電路，採集多個信號幅度不同類比量。從而可以降低成本，減少處理器的工作負擔。

由於該第一混疊信號包含該第一類比信號和該第二類比信號的混疊。且該第一類比信號的幅值範圍大於該第二類比信號的幅值範圍。因而該第二類比信號相對比較微弱容易受到干擾。在本發明中，同步產生該第一混疊信號的孿生信號第二混疊信號。該第二混疊信號包含該第三類比信號和該第四類比信號。其中，該三類比信號等同於該第一類比信號，該第四類比信號等同於該第二類比信號。

由於體動信號為偶發信號，在該第一放大信號的幅值小於一第一閾值時，可以認為體動信號並未產生。此時該第一混疊信號和該第二混疊信號中並不含由該第一類比信號（體動信號）。此時該第二信號可以看做是單純該第二類比信號的放大。此時採集到的第二放大信號就可以作為該第二類比信號的採樣值。

相對於傳統方案，上述電路省去了拓撲結構複雜的信號解耦電路和價格較貴的儀用放大電路。從而可以降低電路的複雜度和減低系統成本。特別是在上述電路應用於身體特徵信號採集儀時，由該採集儀需要以陣列形式排布多個感測器，需要處理相對繁多的類比信號。利用上述電路可以相對明顯地降低該採集儀的系統複雜度、製造成本以及維護成本。

以上對本發明實施例進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明僅用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。同時，本領域技術人員依據本發明的思想，基於本發明的具體實施方式及應用範圍上做出的改變或變形之處，都屬於本發明保護的範圍。例如各電子元件的示例性數值均可以根據實際需要而進行調整。各電路模組的具體拓撲結構也可以做出各種改變或替代。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。

﹝本發明﹞ 111:第一混疊信號接收端 112:第一電壓基準 113:第一信號放大單元 121:第二混疊信號接收端 122:第二電壓基準 123:第二信號放大單元 13:模數轉換單元 211:第一混疊信號接收端 213:第一信號放大單元 214:第一過壓保護器 215:第一跟隨器 216:第一濾波器 221:第二混疊信號接收端 223:第二信號放大單元 224:第二過壓保護器 225:第二跟隨器 226:第二濾波器 31:電路 321:第一感測器 322:第二感測器 341:支撐物 342:支撐物 C1:電容器 C2:電容器 C3:電容器 C4:電容器 C5:電容 C15:電容 D1:二極體 D2:二極體 R1:第二電阻器 R11:第四電阻器 R12:第三電阻器 R2:第一電阻器 R3:電阻器 R4:電阻器 R5:電阻器 R6:電阻器 R7:電阻器 R8:電阻器 R9:電阻器 R16:電阻器 R17:電阻器 U1:運算放大器 U2:運算放大器 U4:運算放大器 1000:電路 2000:電路 3000:電路

［第1圖］本發明一實施例的多信號並行採集電路的組成示意圖。［第2圖］本發明另一實施例的多信號並行採集電路的原理示意圖。［第3圖］本發明另一實施例的電子裝置的組成示意圖。

111:第一混疊信號接收端

112:第一電壓基準

113:第一信號放大單元

121:第二混疊信號接收端

122:第二電壓基準

123:第二信號放大單元

13:模數轉換單元

1000:電路

Claims

一種多信號並行採集電路，包含：一第一混疊信號接收端，接收一第一混疊信號，該第一混疊信號混疊一第一類比信號和一第二類比信號，該第一類比信號的幅值範圍大於該第二類比信號的幅值範圍；一第一信號放大單元，放大該第一混疊信號，得到一第一放大信號；一第一電壓基準，為該第一混疊信號提供偏置電壓；一第二混疊信號接收端，接收一第二混疊信號，該第二混疊信號混疊一第三類比信號和一第四類比信號，該第三類比信號與該第一類比信號同源，該第四類比信號與該第二類比信號同源；一第二信號放大單元，放大該第二混疊信號，得到一第二放大信號；一第二電壓基準，為該第二混疊信號提供偏置電壓；一模數轉換單元，採集該第一放大信號作為該第一類比信號的採樣值，當該第一放大信號小於一第一閾值時，該模數轉換單元採集該第二放大信號作為該第四類比信號的採樣值。
如請求項1之多信號並行採集電路，其中，該第一電壓基準的輸出電壓大於該第二電壓基準的輸出電壓；該第一信號放大單元的放大倍率小於該第二信號放大單元的放大倍率。
如請求項1之多信號並行採集電路，另包含串聯連接的一第一電阻器和一第二電阻器；串聯連接的一第三電阻器和一第四電阻器；該第一混疊信號接收端與該第一電阻器連接；該第一電壓基準與該第二電阻器連接；該第一信號放大單元與該第一電阻器和該第二電阻器連接；該第二混疊信號接收端與該第三電阻器連接；該第二電壓基準與該第四電阻器連接；該第二信號放大單元與該第三電阻器和該第四電阻器連接。
如請求項3之多信號並行採集電路，另包含一第一跟隨器，連接於該第一混疊信號接收端與該第一電阻器之間；一第二跟隨器，連接於該第二混疊信號接收端與該第三電阻器之間。
如請求項3之多信號並行採集電路，另包含一第一濾波器，連接於該第一混疊信號接收端與該第一電阻器之間；一第二濾波器，連接於該第二混疊信號接收端與該第三電阻器之間。
如請求項5之多信號並行採集電路，其中，該第一濾波器和該第二濾波器中的至少一個包含一雙T阻容網路。
如請求項6之多信號並行採集電路，其中，該雙T阻容網路配置為低通濾波器。
如請求項1之多信號並行採集電路，另包含一第一過壓保護器，與該第一混疊信號接收端連接；一第二過壓保護器，與該第二混疊信號接收端連接。
一種電子裝置，包含：一第一感測器，與一第一信源耦合，把該第一信源的預設物理量轉換成一第一混疊信號，該第一混疊信號包含一第一類比信號和一第二類比信號的混疊，該第一類比信號的幅值範圍大於該第二類比信號的幅值範圍；一第二感測器，與該第一信源耦合，把該第一信源的該預設物理量轉換成一第二混疊信號，該第二混疊信號包含一第三類比信號和一第四類比信號的混疊，該第三類比信號與該第一類比信號同源，該第四類比信號與該第二類比信號同源；請求項1至8中任一項之多信號並行採集電路，與該第一感測器和該第二感測器連接。
如請求項9之電子裝置，其中，該第一感測器和該第二感測器中的至少一個為壓電片。
如請求項9之電子裝置，其中，該第一感測器和該第二感測器設置於相同位置。
如請求項9之電子裝置，另包含一處理器，與該多信號並行採集電路連接，接收該第一類比信號的採樣值和該第二類比信號的採樣值；該處理器根據該第一放大信號和該第二放大信號的採樣值確定該第一感測器是否故障；該處理器根據該第一放大信號的採樣值和該第二放大信號的採樣值確定該第二感測器是否故障。
如請求項9之電子裝置，其中，該第一類比信號為體動信號；該第二類比信號為心跳信號、呼吸信號或者心跳信號和呼吸信號的混疊。
一種身體特徵信號採集儀，包含：請求項9至13中任一項之電子裝置。
如請求項14之身體特徵信號採集儀，另包含一墊子，與用戶身體接觸，並承載該電子裝置中的第一感測器和第二感測器。