一种运用于血液分析仪中的微弱信号放大整形电路的制作方法

1.本发明涉及脉冲技术领域，尤其涉及一种运用于血液分析仪中的微弱信号放大整形电路。


背景技术：

2.血液分析仪能够提供临床检验中血细胞计数分类等。为医生的诊断提供数据支持。血细胞五分类就是指白细胞五分类检查，就是在化验血常规的时候，把白细胞分成了五类，并且分别计数五类白细胞的数量，这五类白细胞包括中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、单核细胞以及淋巴细胞，由于这5种白细胞的大小及细胞复杂程度不一样，基于流式细胞技术，鞘流包裹着细胞悬浮液匀速通过一个光照区域，在光照区域中细胞受到激光的照射，由于细胞大小形态及复杂度不一致，因此在不同的角度，散射的光强不一样。通过收集激光照射鞘流中的细胞在各个角度散射的光强信号，汇总得出细胞的特征。但是由于脉冲信号比较微弱。对于各种微弱的信号被测量，一般都通过相应的传感器将其转换为低电压，再经过放大器放大幅度。
3.由于被测量的信号微弱，传感器的本底噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰噪声往往要比有用信号的幅度大的多，放大被测信号的过程同时也放大了噪声，而且必然还会附加一些额外的噪声，例如放大器的内部固有噪声和外部干扰噪声，因此只靠放大是不能把微弱信号检测出来的。只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅度，才能提取出有用信号。血液分析仪除了可对白细胞进行分类外，还可测试网织红细胞及相关参数。由于网织红信号比白细胞信号更弱，更加难以测试。常用的方法是前级设定一套放大倍数，同时兼容网织红信号和白细胞分类信号的放大，但是这种方法可调余量不足，若后期光路系统轻微变化导致对白细胞分类来说，信号放大倍数过大，但对网织红信号来说，这个放大倍数还不够。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种运用于血液分析仪中的微弱信号放大整形电路，旨在将微弱的脉冲信号提取放大出来，提高抗干扰能力强。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种运用于血液分析仪中的微弱信号放大整形电路，包括光电信号输入端，与所述光电信号输入端连接的iv转换电路，与所述iv转换电路连接的第一无限增益多路反馈低通滤波器，与所述第一无限增益多路反馈低通滤波器连接的高通滤波模块，与所述高通滤波模块连接的第二无限增益多路反馈低通滤波器，与所述第二无限增益多路反馈低通滤波器连接的负反馈放大整流模块，与所述负反馈放大整流模块连接的电压跟随器，与所述电压跟随器连接的保护电路输出端。
6.其中，所述iv转换电路包括第一放大器、第一电阻和第一电容，所述光电信号输入端与所述第一放大器的反向输入端连接，所述第一放大器的正向输入端接地，所述第一电阻与所述第一放大器的反相输入端和输出端并联，所述第一电容与所述第一放大器的反相
输入端和输出端并联。
7.其中，所述第一无限增益多路反馈低通滤波器包括第二放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第四电容和第五电容，所述第二电阻与所述第一放大器的输出端连接，所述第三电阻的一端与所述第二电阻连接，所述第三电阻的另一端与所述第二放大器的反向输入端连接，所述第四电容与所述第二放大器的正向输入端和所述第二电阻靠近所述第三电阻的一端连接，所述第四电阻与所述第二放大器的输出端和所述第二电阻靠近所述第三电阻的一端连接，所述第五电容与所述第二放大器的反向输入端和所述第二放大器的输出端连接。
8.其中，所述高通滤波模块包括第八电容和第五电阻，所述第八电容的一端与所述第二放大器的输出端连接，所述第八电容的另一端与所述第五电阻连接。
9.其中，所述第二无限增益多路反馈低通滤波器包括第三放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电容和第十电容，所述第六电阻的一端与所述第八电容连接，所述第六电阻的另一端与所述第八电阻连接，所述第三放大器的反向输入端与所述第八电阻连接，所述第九电容的一端与所述第六电阻靠近所述第八电阻的一端连接，所述第九电容的另一端接地，所述第七电阻的一端与所述第六电阻靠近所述第八电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与所述第三放大器的输出端连接，所述第十电容并联在所述第三放大器的反向输入端和输出端。
10.其中，所述负反馈放大整流模块包括第四放大器、二选一模拟开关、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第二二极管和第三二极管，所述第九电阻与所述第三放大器的输出端连接，所述第四放大器的反向输入端与所述第九电阻连接，所述第二二极管的正极与所述第四放大器的反向输入端连接，所述第二二极管的负极与所述第四放大器的输出端连接，所述第三二极管的正极与所述第四放大器的输出端连接，所述第十电阻与所述第三二极管的负极连接，所述第十一电阻与所述第三二极管的负极连接，所述二选一模拟开关与所述第四放大器的反向输入端连接，并设置在所述第十电阻和所述第十一电阻的一侧。
11.其中，所述电压跟随器包括第七放大器、第十二电阻和第十一电容，所述第十二电阻与所述第三二极管的负极连接，所述第七放大器的正向输入端与所述第十二电阻连接，所述第七放大器的反向输入端和所述第七放大器的输出端连接。
12.其中，所述保护电路输出端包括稳压源、第八放大器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第一三极管、第二三极管和第十四电容，所述第十九电阻与所述第七放大器的输出端连接，所述第二三极管的发射极与所述第十九电阻连接，所述第二三极管的集电极接地，所述第二三极管的基极与所述第十八电阻连接，所述第八放大器的输出端与所述第十八电阻连接，所述第一三极管的发射极与所述第八放大器的反向输入端连接，所述第一三极管的集电极接地，所述第十七电阻的一端与所述第一三极管的基极连接，所述第十七电阻的另一端与所述第八放大器的输出端连接，所述第十六电阻的一端与所述第八放大器的反向输入端连接，所述第十六电阻的另一端与所述第八放大器的供电端连接，所述第十三电阻的一端与所述第八放大器的供电端连接，所述第十三电阻的另一端与所述第八放大器的正向输入端连接，所述第十四电阻与所述第十三电阻连接，所述第十五电阻的一端与所述第十四电阻连接，所述第十五电阻的另一端接地，所述第十四电容的一端与所述第八放大器的正向输入端连接，所述第十四
电容的另一端接地，所述稳压源设置在所述第十四电阻和所述第十五电阻的两端。
13.本发明的一种运用于血液分析仪中的微弱信号放大整形电路，在血液分析仪中，光学通道需要对鞘流的三个角度信号进行放大获取(s1、s2、s3)，由于三路信号属于不同角度，各自的放大倍数根据实际需要调整，这里仅对其中一个通道进行描述。具体的，我们要处理信号中心频率为120khz,带宽100khz。光电传感器输入电流na级别的信号。血液分析仪中光电传感器经光照射后会产生电流从所述光电信号输入端输入电流i
s_in
，所述第一无限增益多路反馈低通滤波器用于将前级信号进行放大，同时滤除掉不需要的高频的干扰信号。所述高通滤波器的作用是滤除掉低频的噪声干扰。所述第二无限增益多路反馈低通滤波器的作用是将前级信号进行放大，同时滤除掉不需要的高频的干扰信号。所述负反馈放大整流模块可以进行信号放大，还可以对波形进行整形。同时还可以切换通道以适合不同的放大增益，所述电压跟随器可以防止实际使用中波形过冲或放大电路自激振荡，所述保护电路输出端可以调整阈值电压，从而具备带通滤波器功能，降低噪声，同时带保护输出电路，保护电压设定，能将微弱的脉冲信号提取放大出来，抗干扰能力强。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明的一种运用于血液分析仪中的微弱信号放大整形电路的模块结构图；
16.图2是本发明的一种运用于血液分析仪中的微弱信号放大整形电路的详细电路图；
17.图3是本发明的iv转换电路的结构图；
18.图4是第一无限增益多路反馈低通滤波器的结构图；
19.图5是高通滤波模块的结构图；
20.图6是第二无限增益多路反馈低通滤波器的结构图；
21.图7是负反馈放大整流模块的结构图；
22.图8是电压跟随器的结构图；
23.图9是保护电路输出端的结构图；
24.图10是波形整形原理图；
25.图11是本发明的脉冲图。
[0026]1‑
光电信号输入端、2
‑
iv转换电路、3
‑
第一无限增益多路反馈低通滤波器、4
‑
高通滤波模块、5
‑
第二无限增益多路反馈低通滤波器、6
‑
负反馈放大整流模块、7
‑
电压跟随器、8
‑
保护电路输出端、u1
‑
a
‑
第一放大器、r1
‑
第一电阻、c1
‑
第一电容、u2
‑
a
‑
第二放大器、r2
‑
第二电阻、r3
‑
第三电阻、r4
‑
第四电阻、c4
‑
第四电容、c5
‑
第五电容、u2
‑
b
‑
第三放大器、r6
‑
第六电阻、r7
‑
第七电阻、r8
‑
第八电阻、c9
‑
第九电容、c10
‑
第十电容、u4
‑
b
‑
第四放大器、u3
‑
b
‑
二选一模拟开关、r9
‑
第九电阻、r10
‑
第十电阻、r11第十一电阻、d2第
‑
二二极管、d3
‑
第三二极管、u4
‑
a
‑
第七放大器、r12
‑
第十二电阻、u5
‑
稳压源、u6
‑
a
‑
第八放大器、r13
‑
第十三电
阻、r14
‑
第十四电阻、r15
‑
第十五电阻、r16
‑
第十六电阻、r17
‑
第十七电阻、r18
‑
第十八电阻、r19
‑
第十九电阻、q1
‑
第一三极管、q2
‑
第二三极管、c8
‑
第八电容、r5
‑
第五电阻。
具体实施方式
[0027]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0028]
请参阅图1～图9，本发明提供一种运用于血液分析仪中的微弱信号放大整形电路：
[0029]
包括光电信号输入端1，与所述光电信号输入端1连接的iv转换电路2，与所述iv转换电路2连接的第一无限增益多路反馈低通滤波器3，与所述第一无限增益多路反馈低通滤波器3连接的高通滤波模块4，与所述高通滤波模块4连接的第二无限增益多路反馈低通滤波器5，与所述第二无限增益多路反馈低通滤波器5连接的负反馈放大整流模块6，与所述负反馈放大整流模块6连接的电压跟随器7，与所述电压跟随器7连接的保护电路输出端8。
[0030]
在本实施方式中，在血液分析仪中，光学通道需要对鞘流的三个角度信号进行放大获取(s1、s2、s3)，由于三路信号属于不同角度，各自的放大倍数根据实际需要调整，这里仅对其中一个通道进行描述。具体的，我们要处理信号中心频率为120khz,带宽100khz。光电传感器输入电流na级别的信号。
[0031]
血液分析仪中光电传感器经光照射后会产生电流从所述光电信号输入端1输入电流i
s_in
，所述第一无限增益多路反馈低通滤波器3用于将前级信号进行放大，同时滤除掉不需要的高频的干扰信号。所述高通滤波器的作用是滤除掉低频的噪声干扰。所述第二无限增益多路反馈低通滤波器5的作用是将前级信号进行放大，同时滤除掉不需要的高频的干扰信号。所述负反馈放大整流模块6可以进行信号放大，还可以对波形进行整形。同时还可以切换通道以适合不同的放大增益，所述电压跟随器7可以防止实际使用中波形过冲或放大电路自激振荡，所述保护电路输出端8可以调整阈值电压，从而具备带通滤波器功能，降低噪声，同时带保护输出电路，保护电压设定，能将微弱的脉冲信号提取放大出来，抗干扰能力强。
[0032]
进一步的，所述iv转换电路2包括第一放大器u1
‑
a、第一电阻r1和第一电容c1，所述光电信号输入端1与所述第一放大器u1
‑
a的反向输入端连接，所述第一放大器u1
‑
a的正向输入端接地，所述第一电阻r1与所述第一放大器u1
‑
a的反相输入端和输出端并联，所述第一电容c1与所述第一放大器u1
‑
a的反相输入端和输出端并联。
[0033]
在本实施方式中，输出电压u＝
‑
i
s_in
*r1。电容c1有相位超前作用，因为i
‑
v转换的基本电路中，由于输入寄生电容使相位滞后，电路变得容易振荡，所以需要进行相位补偿。
[0034]
进一步的，所述第一无限增益多路反馈低通滤波器3包括第二放大器u2
‑
a、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第四电容c4和第五电容c5，所述第二电阻r2与所述第一放大器u1
‑
a的输出端连接，所述第三电阻r3的一端与所述第二电阻r2连接，所述第三电阻r3的另一端与所述第二放大器u2
‑
a的反向输入端连接，所述第四电容c4与所述第二放大器u2
‑
a的正向输入端和所述第二电阻r2靠近所述第三电阻r3的一端连接，所述第四电阻r4与所述第二放大器u2
‑
a的输出端和所述第二电阻r2靠近所述第三电阻r3的一端连接，所述第
五电容c5与所述第二放大器u2
‑
a的反向输入端和所述第二放大器u2
‑
a的输出端连接。
[0035]
在本实施方式中，模块的作用是将前级信号进行放大，同时滤除掉不需要的高频的干扰信号，增益g1＝
‑
r4/r2。固有角频率低通滤波截止频率
[0036]
进一步的，所述高通滤波模块4包括第八电容c8和第五电阻r5，所述第八电容c8的一端与所述第二放大器u2
‑
a的输出端连接，所述第八电容c8的另一端与所述第五电阻r5连接。
[0037]
在本实施方式中，截止频率模块的作用是滤除掉低频的噪声干扰。
[0038]
进一步的，所述第二无限增益多路反馈低通滤波器5包括第三放大器u2
‑
b、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电容c9和第十电容c10，所述第六电阻r6的一端与所述第八电容c8连接，所述第六电阻r6的另一端与所述第八电阻r8连接，所述第三放大器u2
‑
b的反向输入端与所述第八电阻r8连接，所述第九电容c9的一端与所述第六电阻r6靠近所述第八电阻r8的一端连接，所述第九电容c9的另一端接地，所述第七电阻r7的一端与所述第六电阻r6靠近所述第八电阻r8的一端连接，所述第七电阻r7的另一端与所述第三放大器u2
‑
b的输出端连接，所述第十电容c10并联在所述第三放大器u2
‑
b的反向输入端和输出端。
[0039]
在本实施方式中，所述第二无限增益多路反馈低通滤波器5的作用是将前级信号进行放大，同时滤除掉不需要的高频的干扰信号。增益g2＝
‑
r7/r6。固有角频率低通滤波截止频率该模块与上一模块高通滤波组合起来就是一个带通滤波电路，对频率f1～f2之外的信号起到抑制作用。
[0040]
进一步的，所述负反馈放大整流模块6包括第四放大器u4
‑
b、二选一模拟开关u3
‑
b、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第二二极管d2和第三二极管d3，所述第九电阻r9与所述第三放大器u2
‑
b的输出端连接，所述第四放大器u4
‑
b的反向输入端与所述第九电阻r9连接，所述第二二极管d2的正极与所述第四放大器u4
‑
b的反向输入端连接，所述第二二极管d2的负极与所述第四放大器u4
‑
b的输出端连接，所述第三二极管d3的正极与所述第四放大器u4
‑
b的输出端连接，所述第十电阻r10与所述第三二极管d3的负极连接，所述第十一电阻r11与所述第三二极管d3的负极连接，所述二选一模拟开关u3
‑
b与所述第四放大器u4
‑
b的反向输入端连接，并设置在所述第十电阻r10和所述第十一电阻r11的一侧。
[0041]
在本实施方式中，由于在血细胞分析仪中，为了节省成本，白细胞和网织红往往共用同一个通道，但是测量网织红接收到的光学信号远远比白细胞的要弱，这就会导致很难找到一个折中点，例如通过运放对采集的信号进行放大，以便系统能够识别，弱将网织红信号调到合适的大小，但是此时对白细胞来说信号放大过大了，如果将白细胞信号调到合适大小，那对网织红信号来说又太小了。所以这里使用一个二选一模拟开关u3
‑
b，根据测量信号的需要进行切换。增益g3＝
‑
r10/r9或者g3＝
‑
r11/r9。二极管d2和d3的组合实现了波形
整流，因此此模块除了为信号进行放大外，还需要对波形进行整形。但是此模块不再进行滤波处理，原因是由于反馈电阻不一致，当调整后滤波频率后，切换致另一通道，导致滤波参数出现变化。波形整形原理如图10，在输入信号正半周(0～t1时刻)，d2导通，d3关断，电路等效为电压跟随器7：在d2、d3导通之前，电路处于电压放大倍数极大的开环状态，此时(输入信号的正半波输入期间)，微小的输入信号即使放大器输入端变负，二极管d2正偏导通(相当于短接)，d3反偏截止(相当于断路)，形成电压跟随器7模式，因同相端接地，电路变身为跟随地电平的电压跟随器7，输出端仍能保持零电位。在输入信号负半周(t1～t2时刻)，d2关断，d3导通，电路等效反相器。在输入信号的负半波期间，(d2、d3导通之前)微小的输入信号即使输出端变正，二极管d2反偏截止，d3正偏导通，形成反相(放大)器的电路模式，对负半波信号进行了倒相输出。
[0042]
进一步的，所述电压跟随器7包括第七放大器u4
‑
a和第十二电阻r12，所述第十二电阻r12与所述第三二极管d3的负极连接，所述第七放大器u4
‑
a的正向输入端与所述第十二电阻r12连接，所述第七放大器u4
‑
a的反向输入端和所述第七放大器u4
‑
a的输出端连接。
[0043]
在本实施方式中，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器7来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。所述第十二电阻r12和第十一电容c11预留作用。防止实际使用中波形过冲或放大电路自激振荡，可根据实际使用情况设定相应的值或者空贴。
[0044]
进一步的，所述保护电路输出端8包括稳压源u5、第八放大器u6
‑
a、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第一三极管q1、第二三极管q2和第十四电容c14，所述第十九电阻r19与所述第七放大器u4
‑
a的输出端连接，所述第二三极管q2的发射极与所述第十九电阻r19连接，所述第二三极管q2的集电极接地，所述第二三极管q2的基极与所述第十八电阻r18连接，所述第八放大器u6
‑
a的输出端与所述第十八电阻r18连接，所述第一三极管q1的发射极与所述第八放大器u6
‑
a的反向输入端连接，所述第一三极管q1的集电极接地，所述第十七电阻r17的一端与所述第一三极管q1的基极连接，所述第十七电阻r17的另一端与所述第八放大器u6
‑
a的输出端连接，所述第十六电阻r16的一端与所述第八放大器u6
‑
a的反向输入端连接，所述第十六电阻r16的另一端与所述第八放大器u6
‑
a的供电端连接，所述第十三电阻r13的一端与所述第八放大器u6
‑
a的供电端连接，所述第十三电阻r13的另一端与所述第八放大器u6
‑
a的正向输入端连接，所述第十四电阻r14与所述第十三电阻r13连接，所述第十五电阻r15的一端与所述第十四电阻r14连接，所述第十五电阻r15的另一端接地，所述第十四电容的一端与所述第八放大器u6
‑
a的正向输入端连接，所述第十四电容的另一端接地，所述稳压源u5设置在所述第十四电阻r14和所述第十五电阻r15的两端。
[0045]
在本实施方式中，通过所述稳压源u5根据所述第十四电阻r14和所述第十五电阻r15不同的值的比例关系，可以得到我们想要的阀值电压v
linit
。计算公式如下：v
limit
＝v
ref
(1 r14/r15) i
ref
*r14，其中v
ref
和i
ref
可查阅芯片数据手册得到。具体的原理是所述第八放大器u6
‑
a的正端输入电压为v
limit
，则在反馈作用下，负端输入角电压也会达到v
limit
，这时运放输出也为v
limit
，否则有电流通过所述第十七电阻r17，整个电路不会平衡。假设输出电压为v
s_out
。当v
s_out
>v
limit
时所述第二三极管q2导通电压降为零，所述第二三极管q2又关断，
电压上升，最终达到平衡时v
s_out
＝v
limit
，这样便达到了对后级电路的保护，如图11的三个脉冲信号，当信号大于v
limit
时就会被钳位在v
limit
。
[0046]
如图11所示，t时刻的4个脉冲，t3～t4、t5～t6时刻的脉冲信号，由于幅值超过了v
limit
，所以被限位在v
limit
,保护了后端电路。
[0047]
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。