用于可穿戴心电采集设备的干性传感界面失配抑制电路的制作方法

本发明涉及生物医学工程与微电子学的交叉学科，具体涉及一种用于可穿戴心电采集设备的干性传感界面失配抑制电路。

背景技术：

1、可穿戴心电采集设备是实现心血管疾病日常监测与预警的重要工具。为提升长期佩戴的舒适性，业界普遍采用干性电极替代传统的ag/agcl湿电极，从而避免了导电膏带来的皮肤刺激和过敏问题。然而，干性电极的应用也引入了新的技术挑战：由于差模采样的两个电极与皮肤接触面的物理特性和电学属性不可避免地存在差异，会在信号放大单元输入端叠加一个远大于有用心电信号幅度的极低频(通常低于0.05hz)差模干扰电压，即干性界面失调电压。该干性界面失调电压经高增益放大后，极易导致放大器输出级进入饱和状态，使心电信号采集完全失效，严重影响了放大器的线性度和输出摆幅。

2、传统解决方案通常采用交流耦合或高阶高通滤波器来抑制直流失调电压，但这些方法需要极大的电容或电阻，难以在小型化可穿戴心电采集设备中实现。此外，固定时间常数的滤波器无法同时满足快速建立和稳态保持的需求。

3、因此，亟需一种能够在小型化、低功耗的条件下，同时实现干性界面失调电压的快速抑制与稳态保持的电路方案。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于可穿戴心电采集设备的干性传感界面失配抑制电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供一种用于可穿戴心电采集设备的干性传感界面失配抑制电路，包括：

3、心电信号放大单元，用于放大包含有用心电信号的输入电信号，得到差分放大电信号；

4、直流伺服环路，用于根据所述差分放大电信号的幅值与预设电压阈值的关系自适应地在第一模式与第二模式之间切换，并将与干性界面失调电压极性相反的补偿电压反馈至所述心电信号放大单元的输入端，以抵消所述干性界面失调电压；

5、其中，在所述第一模式下，所述直流伺服环路以第一时间常数工作，建立所述补偿电压，以抑制所述干性界面失调电压，在所述第二模式下，所述直流伺服环路以第二时间常数工作，使所述心电信号放大单元具有低于所述有用心电信号的最低频率分量的下限截止频率，以维持所述干性界面失调电压被抵消后的稳态，所述第一时间常数小于所述第二时间常数。

6、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

7、本发明提供的干性传感界面失配抑制电路，通过心电信号放大单元与直流伺服环路的闭环负反馈架构，实现了对干性界面失调电压的自适应快速抑制与稳态保持。本发明的直流伺服环路能够根据差分放大电信号的幅值与预设电压阈值的关系，自动在第一模式与第二模式之间切换：当干性界面失调电压较大时，直流伺服环路以较小的第一时间常数工作，快速建立补偿电压，在毫秒级时间内将干性界面失调电压抑制至正常水平；当干性界面失调电压被抵消后，直流伺服环路自动切换至极大的第二时间常数工作，使心电信号放大单元具有低于有用心电信号最低频率分量的下限截止频率，在维持稳态的同时确保有用心电信号不受影响。这一自适应双模式切换机制克服了传统固定时间常数方案无法同时满足快速建立和稳态保持需求的缺陷，在小型化、低功耗的条件下，实现了干性界面失调电压的快速抑制与稳态保持的兼顾，显著提升了可穿戴心电采集设备的信号质量和用户体验。与传统可穿戴心电采集设备的干性传感界面失配抑制电路相比，本发明具有电路结构简单、pvt(工艺-电压-温度)特性稳定，能够在毫秒级时间内实现快速的失调抑制等特点。

8、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

1.一种用于可穿戴心电采集设备的干性传感界面失配抑制电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的干性传感界面失配抑制电路，其特征在于，所述直流伺服环路包括干性传感界面失配抑制模块，所述干性传感界面失配抑制模块的第一输入端连接所述心电信号放大单元的正向输出端，第二输入端连接所述心电信号放大单元的反向输出端；

3.根据权利要求2所述的干性传感界面失配抑制电路，其特征在于，所述干性传感界面失配抑制模块包括：

4.根据权利要求3所述的干性传感界面失配抑制电路，其特征在于，所述积分器包括：

5.根据权利要求4所述的干性传感界面失配抑制电路，其特征在于，所述可变阻抗模块包括结构相同的阈控双态伪电阻rt1和阈控双态伪电阻rt2，所述阈控双态伪电阻rt1的输入端连接所述心电信号放大单元的正向输出端，输出端连接所述运算放大器gmd1的正向输入端，所述阈控双态伪电阻rt2的输入端连接所述心电信号放大单元的反向输出端，输出端连接所述运算放大器gmd1的反向输入端；

6.根据权利要求2所述的干性传感界面失配抑制电路，其特征在于，所述直流伺服环路还包括自适应控制模块，所述自适应控制模块的a端口连接所述心电信号放大单元的反向输出端和所述干性传感界面失配抑制模块的第二输入端，所述自适应控制模块的b端口连接所述心电信号放大单元的正向输出端和所述干性传感界面失配抑制模块的第一输入端；

7.根据权利要求6所述的干性传感界面失配抑制电路，其特征在于，所述自适应控制模块包括：

8.根据权利要求7所述的干性传感界面失配抑制电路，其特征在于，所述比较器u1和所述比较器u2的结构相同，均包括开关k2、开关k3、开关k4、开关k5、开关k6、开关k7、电容ca1、电容ca2、全差分运算放大器gc和d触发器，其中：

9.根据权利要求1所述的干性传感界面失配抑制电路，其特征在于，所述心电信号放大单元包括用于依次对所述输入电信号进行第一级放大和第二级放大的第一级放大模块和第二级放大模块，以及级间耦合模块、共模偏置模块和斩波开关ch2，其中：

10.根据权利要求9所述的干性传感界面失配抑制电路，其特征在于，还包括调制耦合单元，所述调制耦合单元包括斩波开关ch1，所述心电信号放大单元还包括电容cin1和电容cin2，所述斩波开关ch1的第一输出端和第二输出端分别连接所述电容cin1的输入端和所述电容cin2的输入端，所述电容cin1的输出端和所述电容cin2的输出端分别连接所述第一级跨导放大器gm1的正向输入端和反向输入端；