[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于血氧濃度監(jiān)測(cè)的傳感集成電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710545533.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107328717A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱力航;吳柯柯;施朝霞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/17
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/17
• 代理公司: 杭州斯可睿專(zhuān)利事務(wù)所有限公司33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及血氧濃度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種用于血氧濃度監(jiān)測(cè)的傳感集成電路。

背景技術(shù)

CMOS雙PN結(jié)光電二極管，由兩個(gè)垂直堆疊的不同深度的二極管構(gòu)成。這種器件的層疊式結(jié)構(gòu)使得以硅材料作為濾光片時(shí)，光在硅晶體中的透射深度與波長(zhǎng)有強(qiáng)烈的依賴(lài)關(guān)系，入射光功率和波長(zhǎng)不同時(shí)，PN結(jié)輸出的光電流也不相同。兩個(gè)PN結(jié)的光電流比值與波長(zhǎng)成良好的線性關(guān)系，而輸出電流大小與入射光功率成比例。

血氧濃度是人體非常重要的生命指標(biāo)，正常的血氧濃度應(yīng)該維持在一定的水平，過(guò)高的血氧濃度會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)細(xì)胞老化，而過(guò)低的血氧濃度造成有機(jī)體的供氧不足。近紅外光譜法是一種無(wú)損傷、高精度、高效率的檢測(cè)方法。近紅外光譜區(qū)的光對(duì)人體組織有較強(qiáng)的穿透能力，這些紅外光經(jīng)人體組織吸收和反射后，其光譜攜帶了組織中的生理信息，其中就包括血氧濃度的信息。

血氧濃度定義為氧合血紅蛋白濃度除以氧合血紅蛋白濃度與氧離血紅蛋白濃度之和，氧合血紅蛋白與氧離血紅蛋白在近紅外光譜內(nèi)具有不同的吸收特性，氧合血紅蛋白的吸收系數(shù)隨檢測(cè)光波長(zhǎng)的增加而增大，氧離血紅蛋白的吸收系數(shù)隨檢測(cè)光波長(zhǎng)的增加而減小，在805nm左右兩者吸收系數(shù)相同。監(jiān)測(cè)血氧濃度的紅外光譜選擇700～900nm的波段，在此區(qū)間內(nèi)生物組織對(duì)光線的吸收作用大大降低，可以更深入一些組織。因此小于805nm的光譜反應(yīng)了氧離血紅蛋白濃度的變化，大于805nm的光譜反應(yīng)了氧合血紅蛋白濃度的變化。通過(guò)測(cè)量?jī)刹ㄩL(zhǎng)的檢測(cè)光在不同時(shí)刻的出射光照強(qiáng)度，同時(shí)在相應(yīng)波長(zhǎng)下的吸收系數(shù)已知條件下，根據(jù)修正的朗伯-比爾定律，可以推算出組織內(nèi)氧合血紅蛋白濃度和氧離血紅蛋白濃度的相對(duì)變化量和變化趨勢(shì)，從而計(jì)算出血氧濃度。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有血氧濃度監(jiān)測(cè)方式的不具有自校準(zhǔn)功能、誤差較大，精度較低的不足，本發(fā)明提供一種具有自校準(zhǔn)功能、誤差較小、精度較高的用于血氧濃度監(jiān)測(cè)的傳感集成電路。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種用于血氧濃度監(jiān)測(cè)的傳感集成電路，所述集成電路包括光電傳感單元、復(fù)位校準(zhǔn)單元、狀態(tài)控制單元、第一電流提取放大單元、第二電流提取放大單元、電流-波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元和電流-光強(qiáng)轉(zhuǎn)換單元；

所述光電傳感單元中，第一輸出端、第二輸出端分別與所述狀態(tài)控制單元的第二輸入端、第一輸入端相連；

所述復(fù)位校準(zhǔn)單元中，輸入端Iref輸入?yún)⒖茧娏鳎谝惠敵龆恕⒌诙敵龆恕⒌谌敵龆朔謩e與狀態(tài)控制單元的第三輸入端、第四輸入端、第五輸入端相連；

所述狀態(tài)控制單元中，復(fù)位輸入端RST輸入復(fù)位信號(hào)，第一輸入端、第二輸入端分別連所述光電傳感單元的第二輸出端、第一輸出端，第三輸入端、第四輸入端、第五輸入端分別連所述復(fù)位校準(zhǔn)單元的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端，第一輸出端連所述第一電流提取放大單元的輸入端，第二輸出端、第三輸出端分別連所述第二電流提取放大單元的第一輸入端、第二輸入端，第四輸出端連所述電流-光強(qiáng)轉(zhuǎn)換單元的輸入端；

所述第一電流提取放大單元中，輸入端連所述狀態(tài)控制單元的第一輸出端，第一輸出端連所述電流-光強(qiáng)轉(zhuǎn)換單元的輸入端，第二輸出端連所述電流-波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元的第一輸入端；

所述第二電流提取放大單元中，第一輸入端、第二輸入端分別連所述狀態(tài)控制單元的第二輸出端、第三輸出端，輸出端連所述電流-波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元的第二輸入端；

所述電流-波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元中，第一輸入端連所述第一電流提取放大單元的第二輸出端，第二輸入端連所述第二電流提取放大單元的輸出端，第三輸入端Vbias輸入偏置電壓，輸出端Lenth輸出與波長(zhǎng)相關(guān)的電壓信號(hào)；

所述電流-光強(qiáng)轉(zhuǎn)換單中，輸入端連所述第一電流提取放大單元第一輸出端和狀態(tài)控制單元的第四輸出端，輸出端輸出與光強(qiáng)度相關(guān)的電壓信號(hào)。

進(jìn)一步，所述光電傳感單元由CMOS雙PN結(jié)光電二極管組成，分別為淺PN結(jié)光電二極管D1和深PN結(jié)光電二極管D2；所述淺PN結(jié)光電二極管D1與所述深PN結(jié)光電二極管D2共陰極連接，并且陰極作為該光電傳感單元的第一輸出端，所述淺PN結(jié)光電二極管D1陽(yáng)極作為該光電傳感單元的第二輸出端，所述深PN結(jié)光電二極管D2陽(yáng)極接地。