[發明專利]基于憶阻器的生理電信號濾波去噪電路及其控制方法

有效

• 申請號: 202011623756.3
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112821879B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 李亞;謝立軍;鄭辭晏;洪慶輝
• 申請（專利權）人: 廣東技術師范大學
• 主分類號: H03H11/04
• 分類號: H03H11/04
• 代理公司: 東莞市華南專利商標事務所有限公司 44215
• 代理人: 劉克寬

1.基于憶阻器的生理電信號濾波去噪電路，其特征在于，包括采樣保持器、誤差計算電路、反饋調節模塊、前饋計算模塊、控制器，前饋計算模塊由多個憶阻突觸模塊和一個激活模塊組成，每個憶阻突觸模塊設置有一個輸入端和兩個輸出端，用以將輸入電壓轉換為兩個不同的電流；各個憶阻突觸模塊設置有串聯的憶阻器GI+、憶阻器GI-，憶阻器GI+的正極與憶阻器GI-的負極連接；各個憶阻突觸模塊的輸入端分別經電連接控制器的電控開關Ki來與各個檢測生物機能信號的傳感器連接以采集生物機能信號所轉化成的電壓Vi，激活模塊設置有兩個輸入端、一個輸出端，激活模塊的兩個輸入端分別與各個憶阻突觸模塊中的兩個輸出端連接，激活模塊以純模電的形式通過算法來得到電壓Vg，R為激活模塊中的一個接地電阻，wi為憶阻器GI+、憶阻器GI-之間的突觸權重，激活模塊的輸出端與采樣保持器的輸入端連接來采樣保持電壓Vg，采樣保持器的輸出端與控制器I/O端連接以輸出電壓V0；誤差計算電路設置有輸入端、電壓期望輸入端和兩個輸出端，其輸入端連接在采樣保持器與控制器的連接線路上來采集電壓V0，控制器的一個引腳與誤差計算電路的電壓期望輸入端連接以傳輸期望電壓VT，誤差計算電路以純模電的形式通過算法ΔV＝a(VT-V0)來得到誤差+ΔV、-ΔV，a為比例系數，并通過誤差計算電路的兩個輸出端分別輸出，反饋調節模塊中設置有與多個憶阻突觸模塊一一對應的多對開關支路，每對開關支路均包括共G極的Pmos管和Nmos管，任意一對Pmos管、Nmos管的D極、G極共接到一起形成對應開關支路的輸出端，用以輸出經過Pmos管或Nmos管濾波后的電壓Vpi，在誤差+ΔV的線路上，電壓Vi和電壓Vpi的極性為同向，在誤差-ΔV的線路上，電壓Vi和電壓Vpi的極性為反向，各對開關支路的輸出端與其對應的憶阻突觸模塊的輸入端連接以傳輸電壓Vpi，且在該連接線路上串聯有與控制器電連接的電控開關Si，各個Pmos管的S極與誤差計算電路其中一個輸出端連接來接收+ΔV，各個Nmos管的S極與誤差計算電路的另一個輸出端連接來接收-ΔV，誤差計算電路、反饋調節模塊、前饋計算模塊、控制器分別與電源連接取電，i＝1、2、3…m；

憶阻突觸模塊的電壓輸入端連接在憶阻器GI+的正極與憶阻器GI-的連接線路上，用以傳輸傳感器的檢測值；

所述激活模塊包括電阻、由G極互連的兩個PMOS所組成的Zi結構、由G極互連的兩個NMOS所組成的Ki結構，結構Ki、Zi各設置有四個，電阻設置有五個，Vcc為電源的正極電壓，Vss為電源的負極電壓，結構Z4的Zb、Zd端分別對應與結構K3的Kb、Kd端連接，結構Z4的Zd端與結構K3的Kd端之間的電流為I+，結構Z4的Za端串聯電阻R5后與Vcc連接來取電，結構K3的Ka端串聯電阻R6后與Vss連接，結構Z4的Zc端與結構K4的Ka端連接，結構K4的Kb、Kd端分別與Vcc連接，結構Z3的Zb、Zd端分別與Vss連接，結構Z3的Zc端與結構K4的Kc端連接，結構Z1的Za端串聯電阻R7后與Vcc連接，結構K2的Ka端串聯電阻R8后與Vss連接，結構Z1的Zb端與結構K2的Kb端共接在一起后接地，控制器采集結構Z1的Zd端與結構K2的Kd端共接在一起后并聯在結構Z3的Zc端、結構K4的Kc端的連接線路上的電流I-，結構K2的Ka端串聯電阻R8后與Vss連接，結構Z2的Zc端與結構K1的Kc端連接，結構K1的Kb、Kd端共接在一起后與Vcc連接，結構K2的Kc端與結構Z2的Za端連接，結構Z2的Zb、Zd端共接在一起后與Vss連接，結構K1的Kc端與結構Z2的Zc端共接在一起后與電阻R9的一端連接，電阻R9的另一端接地；

算法ΔV＝a(VT-V0)中a＝R2/R1；

所述誤差計算電路包括電阻、由G極互連的兩個PMOS所組成的Zi結構、由G極互連的兩個NMOS所組成的Ki結構，電阻、Zi結構、Ki結構各設置有四個，Vcc為電源的正極電壓，Vss為電源的負極電壓，在Vcc與Vss之間依次串聯一個PMOS管P1和一個NMOS管N1，PMOS管P1的G極與D極共接在一起后與Vcc連接來取電，PMOS管P1的S極與NMOS管N1的D極連接且控制器采集該連接線路上的電壓-ΔV，NMOS管N1的S極與Vss連接，NMOS管N1的G極懸空，控制器的電壓測量引腳連接在結構K6的Kb端與結構Z6的Zb端的連接線路上，電阻R1的一端連接在結構K6的Kd端與結構Z6的Zd端的連接線上，控制器與電阻R1的另一端連接以采集期望電壓V_T,結構K6的Kc端與結構Z5的Za端連接，結構K6的Ka端串聯電阻R4后與結構Z5的Zb、Zd端共接在一起后與Vss連接，結構Z6的Zc端與結構K5的Ka端連接，結構Z6的Za端串聯電阻R3后和結構K5的Kb、Kd端共接在一起后與Vcc連接，結構K5的Kc端與結構Z5的Zc端連接，NMOS管N1的G極的連接在該線路上，控制器采集結構K5的Kc端與結構Z5的Zc端之間的電壓+ΔV，且R2的一端連接在該線路上，另一端接地；

所述各個結構Ki中任意一個NMOS管的D極和G極共接在一起后形成Ka端，該NMOS管的S極的端點作為Kb端，另外一個NMOS管的D極的端點作為Kc端，該NMOS管的S極的端點作為Kd；

所述各個結構Zi中任意一個PMOS管的D極和G極共接在一起后形成Za端，該PMOS管的S極的端點作為Zb端，另外一個PMOS管的D極的端點作為Zc端，該PMOS管的S極的端點作為Zd。