[發明專利]具有帶有斬波調制的閉環單元增益放大器的有源電極

有效

• 申請號: 201480084131.0
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN107106013B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: P·基德姆斯;X·周;S·基爾斯戈德;Q·李
• 申請（專利權）人: TW工程公司
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/04;A61B5/0478;H03F3/393;H03F3/45
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;趙蓉民

有源電極具有用于感測電位并生成輸入信號的電極，以及放置在所述電極附近但與電極電絕緣的屏蔽件。集成放大器(10)具有連接到至少一個電極的輸入，用于接收輸入信號，并提供輸出緩沖輸出信號的緩沖路徑。屏蔽件連接到集成放大器的所述輸出以有源驅動所述屏蔽件的電位，由此提供所述電極的有源屏蔽。緩沖路徑包括在集成放大器前面的第一混頻器(11)，用于將輸入信號從基本頻率范圍頻移到較高頻率范圍；以及在集成放大器的輸出上的第二混頻器(12)，用于將放大的信號從所述較高頻率范圍頻移回到所述基本頻率范圍。有源電極可用于記錄EEG信號。

技術領域

本發明涉及電場傳感器。本發明更具體地涉及電場傳感器，其用于感測電位差——例如，生物電位信號，并生成用于信號處理的輸入信號。感測電極由有源驅動的屏蔽件保護，以最小化電容耦合噪聲并使源信號的容性負載最小化。此外，本發明涉及一種用于感測電位差的傳感器系統。此外，本發明涉及一種用于感測傳感器系統中的電位差的方法。

背景技術

有源電極廣泛用于生物電位記錄，特別適用于非接觸式和干式接觸電極等高級電極技術。利用有源電極的目的是屏蔽電極免受外部干擾，并補償寄生電容。

與無源電極相比，有源電極通常對周圍的干擾，特別是電容耦合干擾(例如電力線干擾(PLI))提供更好的抗擾度。因此，它們適用于可穿戴式生物電位記錄中的新興應用。而現在，結合右腿驅動技術的有源電極被認為是高質量生物信號記錄的主要趨勢。一般來說，有源電極應該具有包括足夠低的輸入參考噪聲、高輸入阻抗和低偏置電流、低輸入參考偏移、低輸出阻抗、高共模抑制比(CMRR)和電源抑制比(PSRR)的幾個特征，并且對于可穿戴裝置而言具有低功耗。

差分放大器的CMRR是相對于需要的差信號的兩個輸入端子共同的不需要的輸入信號的抑制。PSRR是運算放大器中電源電壓中變化與其產生的等效(差分)輸出電壓之間的比率。輸出電壓將取決于反饋電路，并且理想的儀表放大器將具有無限的PSRR。

心電圖(ECG)是作為時間函數的心臟的電活動的經心臟記錄。ECG信號由附著在皮膚表面上的電極拾取，并通過身體外部的裝置進行記錄。腦電圖(EEG)是沿著頭皮的電活動的記錄，并且EEG信號是由于腦內的神經元活動引起的離子電流流動導致的電壓波動的量度。耳朵EEG是有吸引力的，因為在類似于助聽器的裝置中電極可以布置在耳道中或耳朵周圍。

與周圍干擾相比，電生理信號的振幅通常較弱。在常規生理信號中，ECG相對較強，峰值幅度在100μV-l mV范圍內。EEG較弱，在10μV-100μV范圍內。對于耳朵EEG，峰值振幅通常在1μV-10μV的范圍內，比頭皮上的EEG低約20dB。然而，周圍的耦合干擾可以容易地處在毫伏級或甚至伏級。大多數這些干擾通常與生物信號一起出現在共模中。原則上，如果電極和生物放大器是完全不同的，則可以清楚地拾取感興趣的信號，但是在任何實際的放大器中，CMRR不是無窮大的。因此，抗噪聲對于生物信號記錄是非常重要的。

實際上，不可能設計理想的儀表放大器，因此任何放大器都將被設計為在理想參數之間提供良好的折衷。

發明內容

本發明的目的是提供一種電場傳感器，其具有相對于理想儀表放大器的改進的關鍵性能指標。通過提供這樣的電場傳感器，可以開發和設計EEG和耳朵EEG傳感器，以便日常使用，例如用于檢測低血糖。這可能有助于例如糖尿病患者保持正常的日常生活。

根據本發明的一種有源電極包括：用于感測電位并生成輸入信號的電極；放置在所述電極附近并與所述電極電絕緣的屏蔽件；以及集成放大器，其具有連接到所述至少一個電極的輸入，用于接收輸入信號，并且提供輸出緩沖輸出信號的緩沖路徑。屏蔽件連接到集成放大器的所述輸出以有源驅動所述屏蔽件的電位，由此提供所述電極的有源屏蔽。緩沖路徑包括在集成放大器前面的第一混頻器，用于將輸入信號從基本頻率范圍頻移到較高的頻率范圍；以及在集成放大器的輸出上的第二混頻器，用于將放大的信號從所述較高的頻率范圍頻移回到所述基本頻率范圍。