本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可變增益混頻放大器、生物信號(hào)采集與處理芯片及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著人們對健康和醫(yī)療的需求不斷提升，以無線體域網(wǎng)(wirelessbodyareanetwork,簡稱wban)為基礎(chǔ)的可穿戴式、可植入式的醫(yī)療設(shè)備受到了廣泛的關(guān)注。這些醫(yī)療設(shè)備使用便捷，可以實(shí)現(xiàn)對人體信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并發(fā)送到智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對于疾病的預(yù)防監(jiān)測有著重要意義。常見的生物信號(hào)包括心電信號(hào)(ecg)，腦電信號(hào)(eeg)和肌電信號(hào)(emg)等，這些信號(hào)十分微弱，典型值在微伏、毫伏量級(jí)，并且頻率較低，對采集系統(tǒng)低噪聲性能有著嚴(yán)格的要求。斬波調(diào)制技術(shù)是生物信號(hào)放大器中常用的降噪技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)與低頻噪聲的頻譜分離，從而濾除噪聲。通過音頻線傳輸放大信號(hào)，利用智能終端完成adc(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)和數(shù)字信號(hào)處理可以簡化前級(jí)電路結(jié)構(gòu)。但是目前利用斬波調(diào)制技術(shù)的音頻調(diào)制系統(tǒng)需要采用傳統(tǒng)的低噪聲前置放大器等芯片，該芯片中存在冗余電路引起電路結(jié)構(gòu)面積大、功耗高的問題，且因?yàn)椴捎昧藗鹘y(tǒng)固有的芯片結(jié)構(gòu)，不能對芯片內(nèi)部電路進(jìn)行改動(dòng)，因此對于電路功能擴(kuò)展存在很大影響。

因此，如何研制出電路結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省面積、功耗小的音頻調(diào)制系統(tǒng)和芯片結(jié)構(gòu)成為目前研究的熱點(diǎn)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種可變增益混頻放大器、生物信號(hào)采集與處理芯片及系統(tǒng)。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種生物信號(hào)采集與處理芯片10，包括可變增益混頻放大器11、本振信號(hào)產(chǎn)生電路12、能量獲取單元13、第一電容c1和第一電阻r1；其中，

所述可變增益混頻放大器11的生物信號(hào)輸入端vin接收生物信號(hào)，其電源輸入端vdd電連接能量獲取單元13，其本振信號(hào)輸入端lo電連接本振信號(hào)產(chǎn)生電路12，其接地端gnd用于獲取外部共地信號(hào)，其輸出端vout電連接所述第一電容c1的第一端且所述第一電容c1的第二端用于輸出經(jīng)調(diào)制后的音頻信號(hào)；

所述本振信號(hào)產(chǎn)生電路12用于接收交流電信號(hào)并經(jīng)處理后為所述可變增益混頻放大器11提供本振信號(hào)；

所述能量獲取單元13用于接收交流電信號(hào)并經(jīng)處理后為所述可變增益混頻放大器11提供直流電源；

所述電阻r1串接于所述可變增益混頻放大器11的接地端gnd與所述第一電容c1的第二端之間。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述可變增益混頻放大器11包括低噪聲前置混頻放大器111、可編程增益放大器112、帶通濾波器113及輸出緩沖器114；其中，

所述低噪聲前置混頻放大器111、所述可編程增益放大器112、所述帶通濾波器113及所述輸出緩沖器114依次串接于所述生物信號(hào)輸入端vin與所述第一電容c1之間，且所述低噪聲前置混頻放大器111電連接所述本振信號(hào)輸入端lo。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述低噪聲前置混頻放大器111包括am調(diào)制模塊1111和前置放大器模塊1112；其中，所述am調(diào)制模塊1111和所述前置放大器模塊1112依次串接于所述生物信號(hào)輸入端vin與所述可編程增益放大器112之間，且所述am調(diào)制模塊1111電連接所述本振信號(hào)輸入端lo。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述本振信號(hào)產(chǎn)生電路12包括偏置電路121和信號(hào)整形電路122，所述偏置電路121和所述信號(hào)整形電路122依次串接至所述可變增益混頻放大器11的本振信號(hào)輸入端lo，且所述偏置電路121的輸入端接收所述交流電信號(hào)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)整形電路122包括：第五晶體管m5、第六晶體管m6、第七晶體管m7、第一反相器inv1、第二反相器inv2、第三反相器inv3、第四反相器inv4、第二電阻r2、第三電阻r3；其中，

所述第二電阻r2、所述第五晶體管m5和所述第七晶體管m7依次串接于直流電源和接地端之間，所述第五晶體管m5的控制端輸入耦合信號(hào)vsin，所述第七晶體管m7的控制端輸入偏置電壓vbias；

所述第三電阻r3和第六晶體管m6依次串接于所述直流電源與所述第五晶體管m5和所述第七晶體管m7串接形成節(jié)點(diǎn)g之間，所述第六晶體管m6的控制端輸入?yún)⒖茧妷簐ref；

所述第一反相器inv1與所述第二反相器inv2依次串接至所述第二電阻r2和第五晶體管m5串接形成的節(jié)點(diǎn)e處，且所述第一反相器inv1的輸出端電連接所述可變增益混頻放大器11的本振信號(hào)輸入端lo以輸出第一本振信號(hào)；

所述第四反相器inv4與所述第三反相器inv3依次串接至所述第三電阻r3和第六晶體管m6串接形成的節(jié)點(diǎn)f處，且所述第四反相器inv4電連接所述可變增益混頻放大器11的本振信號(hào)輸入端lo以輸出第二本振信號(hào)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述能量獲取單元13包括整流器131、過壓保護(hù)電路132及l(fā)do133；其中，所述整流器131、所述過壓保護(hù)電路132及所述ldo133依次串接至所述可變增益混頻放大器11的電源輸入端vdd以提供直流電源，且所述整流器131接收所述交流電信號(hào)。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種可變增益混頻放大器11，包括依次串接的低噪聲前置混頻放大器111、可編程增益放大器112、帶通濾波器113、輸出緩沖器114，且所述低噪聲前置混頻放大器111的第一輸入端接收生物信號(hào)且其第二輸入端接收本振信號(hào)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述低噪聲前置混頻放大器111包括依次串接的am調(diào)制模塊1111和前置放大器模塊1112；所述am調(diào)制模塊1111的信號(hào)輸入端接收所述生物信號(hào)且其本振輸入端接收所述本振信號(hào)，所述前置放大器模塊1112的輸出端電連接所述可編程增益放大器112。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述am調(diào)制模塊1111包括第一晶體管m1、第二晶體管m2、第三晶體管m3及第四晶體管m4；所述am調(diào)制模塊1111的信號(hào)輸入端包括第一信號(hào)輸入端in+和第二信號(hào)輸入端in-，所述am調(diào)制模塊1111的本振輸入端包括第一本振輸入端lo+和第二本振輸入端lo-，所述am調(diào)制模塊1111的輸出端包括同相輸出端out+和反相輸出端out-；其中，

所述第一晶體管m1串接于所述第一信號(hào)輸入端in+與所述同相輸出端out+之間，且其控制端電連接至所述第一本振輸入端lo+；

所述第二晶體管m2串接于所述第一信號(hào)輸入端in+與所述反相輸出端out-之間，且其控制端電連接至所述第二本振輸入端lo-；

所述第三晶體管m3串接于所述第二信號(hào)輸入端in-與所述同相輸出端out+之間，且其控制端電連接至所述第二本振輸入端lo-；

所述第四晶體管m4串接于所述第二信號(hào)輸入端in-與所述反相輸出端out-之間，且其控制端電連接至所述第一本振輸入端lo+。

本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例提供了一種生物信號(hào)采集與處理系統(tǒng)1，包括生物信號(hào)采集與處理芯片10、耳機(jī)接口20、生物電極30及終端40，所述生物信號(hào)采集與處理芯片10電連接所述生物電極30且通過所述耳機(jī)接口20向所述終端40發(fā)送采集并調(diào)制后的生物信號(hào)；其中，所述生物信號(hào)采集與處理芯片10為上述任一實(shí)施例提供的所述的生物信號(hào)采集與處理芯片10。

通過上述實(shí)施方式，本發(fā)明的生物信號(hào)采集與處理芯片將整個(gè)信號(hào)采集與處理集成在一個(gè)ic芯片當(dāng)中，能夠完成生物信號(hào)的調(diào)制、放大和傳輸。另外，該芯片將音頻am調(diào)制與斬波技術(shù)結(jié)合，省去了調(diào)制-解調(diào)-再調(diào)制過程中后兩次冗余的調(diào)制，只經(jīng)過一次調(diào)制，可以將信號(hào)調(diào)制到音頻，同時(shí)調(diào)制實(shí)現(xiàn)了信號(hào)與噪聲的頻譜分離，通過后級(jí)濾波器降低了噪聲，起到了斬波調(diào)制的作用。由于可變增益混頻放大器的增益可調(diào)，該芯片可以對不同種類的生物信號(hào)(心電信號(hào)，腦電信號(hào)，肌電信號(hào)等)進(jìn)行采集與處理。此外，該生物信號(hào)采集與處理系統(tǒng)充分利用3.5mm耳機(jī)線的兩個(gè)聲道，為系統(tǒng)提供電源電壓和穩(wěn)定的本振信號(hào)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種生物信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種生物信號(hào)采集與處理芯片的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可變增益混頻放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種低噪聲前置混頻放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可變增益混頻放大器的電路結(jié)構(gòu)對比示意圖；

圖6位本發(fā)明實(shí)施例提供的一種am調(diào)制模塊的電路示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種本振信號(hào)產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種信號(hào)整形電路的電路示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種能量獲取單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種整流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種過電壓保護(hù)電路的電路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例一

請參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種生物信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。該生物信號(hào)采集與處理系統(tǒng)1可以包括生物信號(hào)采集與處理芯片10、耳機(jī)接口20、生物電極30及終端40。其中，所述生物信號(hào)采集與處理芯片10電連接所述生物電極30且通過所述耳機(jī)接口20向所述終端40發(fā)送采集并調(diào)制后的生物信號(hào)。該系統(tǒng)1可以對不同種類的生物信號(hào)(例如心電信號(hào)，腦電信號(hào)，肌電信號(hào)等)進(jìn)行采集與處理。

具體地，生物電極30貼設(shè)于生物體(例如人體)的待采集部位以采集生物信號(hào)，采集到的生物信號(hào)由生物信號(hào)采集與處理芯片10進(jìn)行調(diào)制和放大處理，即將生物信號(hào)調(diào)制成音頻信號(hào)并實(shí)現(xiàn)信號(hào)與噪聲的頻譜分離且降低噪聲，之后由生物信號(hào)采集與處理芯片10將形成音頻的生物信號(hào)通過耳機(jī)接口20傳輸至終端40(例如智能手機(jī))，由終端40上的app進(jìn)行數(shù)據(jù)再處理以展示給用戶供用戶參看采集到的生物信號(hào)情況。

其中，該耳機(jī)接口20例如為3.5mm耳機(jī)接口，其包括左聲道數(shù)據(jù)接口、右聲道數(shù)據(jù)接口、共地接口及mic接口。

請參見圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種生物信號(hào)采集與處理芯片的電路結(jié)構(gòu)示意圖。該芯片10可以包括可變增益混頻放大器11、本振信號(hào)產(chǎn)生電路12、能量獲取單元13、第一電容c1和第一電阻r1。其中，所述可變增益混頻放大器11的生物信號(hào)輸入端vin接收生物信號(hào)，其電源輸入端vdd電連接能量獲取單元13，其本振信號(hào)輸入端lo電連接本振信號(hào)產(chǎn)生電路12，其接地端gnd用于獲取外部共地信號(hào)，其輸出端vout電連接所述第一電容c1的第一端且所述第一電容c1的第二端用于輸出經(jīng)調(diào)制后的音頻信號(hào)；所述本振信號(hào)產(chǎn)生電路12用于接收交流電信號(hào)并經(jīng)處理后為所述可變增益混頻放大器11提供本振信號(hào)；所述能量獲取單元13用于接收交流電信號(hào)并經(jīng)處理后為所述可變增益混頻放大器11提供直流電源；所述電阻r1串接于所述可變增益混頻放大器11的接地端gnd與所述第一電容c1的第二端之間。

其中，該生物信號(hào)由生物電極30提供；能量獲取單元13接收的交流電信號(hào)可以通過耳機(jī)接口20的左聲道接口從終端40中獲??；本振信號(hào)產(chǎn)生電路的交流電信號(hào)可以通過耳機(jī)接口20的右聲道接口從終端40中獲??；通過第一電容c1輸出的音頻信號(hào)可以通過耳機(jī)接口20的mic接口傳輸至終端40；該接地端gnd的共地信號(hào)可以通過耳機(jī)接口20的共地接口從終端40處獲取。

具體地，可變增益混頻放大器11先將生物電極采集到的生物信號(hào)調(diào)制到音頻(如5khz)，再根據(jù)不同種類的生物信號(hào)按照合適的增益放大，以供后級(jí)處理。其中，可變增益混頻放大器11的本振信號(hào)輸入端lo(localoscillator)電連接的本振信號(hào)產(chǎn)生電路12以由該本振信號(hào)產(chǎn)生電路12產(chǎn)生穩(wěn)定的本振振蕩信號(hào)，用于am調(diào)制；可變增益混頻放大器11的電源輸入端vdd電連接能量獲取單元13以由該能量獲取單元13提供直流電壓，為芯片10供電；可變增益混頻放大器11的輸出端vout電連接的第一電容c1的第一端以由該第一電容c1耦合高頻調(diào)制信號(hào)；該第一電容c1的第二端連接的第一電阻r1以由該第一電阻r1檢測mic的低阻輸入，以使調(diào)制后的音頻信號(hào)通過mic接口接入終端40。

本實(shí)施例，本振信號(hào)產(chǎn)生電路12的輸入和能量獲取單元13的輸入分別與外接3.5mm耳機(jī)線的右聲道和左聲道連接，所述能量獲取單元通過內(nèi)部整流器，將左聲道輸出的固定頻率正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓來為芯片提供電源，所述本振信號(hào)產(chǎn)生電路將右聲道輸出的正弦信號(hào)整形為方波信號(hào)來提供本振信號(hào)，所述可變增益混頻放大器11對輸入的生物信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和放大，并通過耦合電容c1將信號(hào)耦合到輸出端(3.5mm耳機(jī)線的mic輸入端)。

實(shí)施例二

請一并參見圖3至圖6，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可變增益混頻放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種低噪聲前置混頻放大的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可變增益混頻放大器的電路結(jié)構(gòu)對比示意圖；圖6位本發(fā)明實(shí)施例提供的一種am調(diào)制模塊的電路示意圖。本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，對可變增益混頻放大器的電路進(jìn)行詳細(xì)說明。

請參見圖3，所述可變增益混頻放大器11可以包括低噪聲前置混頻放大器111、可編程增益放大器112、帶通濾波器113及輸出緩沖器114；其中，所述低噪聲前置混頻放大器111、所述可編程增益放大器112、所述帶通濾波器113及所述輸出緩沖器114依次串接于所述生物信號(hào)輸入端vin與所述第一電容c1之間，且所述低噪聲前置混頻放大器111電連接所述本振信號(hào)輸入端lo。

需要說明的是，由于該可變增益混頻放大器11的接地端gnd接入的共地信號(hào)和電源輸入端vdd接入的直流電源對于低噪聲前置混頻放大器111、可編程增益放大器112、帶通濾波器113及輸出緩沖器114均需使用，為了圖示簡便，并未標(biāo)注。

具體地，所述低噪聲前置混頻放大器111在保證自身引入很小噪聲的條件下，先將所述生物電極采集的生物信號(hào)調(diào)制到音頻，再進(jìn)行第一級(jí)放大，所述可編程增益放大器112的增益可調(diào)，可根據(jù)所放大的生物信號(hào)的強(qiáng)弱選擇合適的增益，以避免輸出信號(hào)太大使放大器飽和或輸出信號(hào)太小難以檢測。由于經(jīng)過am調(diào)制的生物信號(hào)位于音頻(如5khz)，同時(shí)調(diào)制會(huì)產(chǎn)生高頻諧波，而放大器的1/f噪聲和失調(diào)未經(jīng)調(diào)制，位于低頻，因此所述帶通濾波器113用于濾除高頻諧波和位于低頻的失調(diào)和噪聲，得到較為純凈的調(diào)制信號(hào)。為了提高抗干擾能力，所述低噪聲前置混頻放大器111、可編程增益放大器112、帶通濾波器113均采用差分輸入和差分輸出。所述輸出緩沖器114用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端輸出信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

請參見圖4，該低噪聲前置混頻放大器111可以包括am調(diào)制模塊1111和前置放大器模塊1112；其中，所述am調(diào)制模塊1111和所述前置放大器模塊1112依次串接于所述生物信號(hào)輸入端vin與所述可編程增益放大器112之間，且所述am調(diào)制模塊1111電連接所述本振信號(hào)輸入端lo。

請參見圖5，現(xiàn)有技術(shù)，由于生物信號(hào)十分微弱，通常采用斬波調(diào)制技術(shù)來降低前置放大器的噪聲。傳統(tǒng)的先放大后調(diào)制的結(jié)構(gòu)需要使用三個(gè)調(diào)制模塊(斬波調(diào)制、斬波解調(diào)、am調(diào)制)和兩個(gè)低通濾波器，其中，斬波調(diào)制與斬波解調(diào)實(shí)現(xiàn)信號(hào)與噪聲的頻譜分離，第一個(gè)低通濾波器用于濾除被調(diào)制到高頻的1/f噪聲和失調(diào)；am調(diào)制用于將放大的信號(hào)調(diào)制到音頻，第二個(gè)低通濾波器用于濾除高頻諧波。信號(hào)經(jīng)歷了調(diào)制-解調(diào)-再調(diào)制的過程，而輸出的信號(hào)是高頻，所以后兩次調(diào)制冗余。簡化后本發(fā)明結(jié)構(gòu)只需要在前置放大器之前進(jìn)行一次調(diào)制，既能夠?qū)⑿盘?hào)調(diào)制到音頻(如5khz)，又可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)與噪聲的頻譜分離，起到斬波調(diào)制的作用，未經(jīng)調(diào)制的低頻噪聲與失調(diào)，和調(diào)制產(chǎn)生的高頻諧波由后級(jí)的一個(gè)帶通濾波器濾除。也即，am調(diào)制模塊1111的輸出與前置放大器1112的輸入連接，am調(diào)制模塊1111用于將生物電極采集的生物信號(hào)調(diào)制到音頻，同時(shí)，類似于斬波調(diào)制的思想，由于失調(diào)與1/f噪聲沒有被調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)與噪聲的頻譜分離，通過后級(jí)的帶通濾波器濾除低頻失調(diào)，噪聲和高頻諧波，以降低整個(gè)低噪聲前置混頻放大器111的噪聲。前置放大器1112用于對生物信號(hào)進(jìn)行第一級(jí)放大。

具體地，請參見圖6，該am調(diào)制模塊1111可以包括第一晶體管m1、第二晶體管m2、第三晶體管m3及第四晶體管m4；所述am調(diào)制模塊1111的信號(hào)輸入端包括第一信號(hào)輸入端in+和第二信號(hào)輸入端in-，所述am調(diào)制模塊1111的本振輸入端包括第一本振輸入端lo+和第二本振輸入端lo-，所述am調(diào)制模塊1111的輸出端包括同相輸出端out+和反相輸出端out-；其中，所述第一晶體管m1串接于所述第一信號(hào)輸入端in+與所述同相輸出端out+之間，且其控制端電連接至所述第一本振輸入端lo+；所述第二晶體管m2串接于所述第一信號(hào)輸入端in+與所述反相輸出端out-之間，且其控制端電連接至所述第二本振輸入端lo-；所述第三晶體管m3串接于所述第二信號(hào)輸入端in-與所述同相輸出端out+之間，且其控制端電連接至所述第二本振輸入端lo-；所述第四晶體管m4串接于所述第二信號(hào)輸入端in-與所述反相輸出端out-之間，且其控制端電連接至所述第一本振輸入端lo+。其中，為了簡化示圖，并未將晶體管的襯底端連接共地信號(hào)在圖中示出。

其中，lo+與lo-是本振信號(hào)產(chǎn)生的兩個(gè)相位相反的方波信號(hào)，in+與in-與生物電極的差分輸出連接，當(dāng)lo+為高電平且lo-為低電平時(shí)，開關(guān)晶體管m1、m4導(dǎo)通，m2、m3關(guān)斷，此時(shí)in+輸入信號(hào)通過m1傳到out+，in-輸入信號(hào)通過m4傳到out-，當(dāng)本振信號(hào)翻轉(zhuǎn)時(shí)，lo+跳變到低電平而lo-跳變到高電平，此時(shí)所述開關(guān)晶體管m2、m3導(dǎo)通，m1、m4關(guān)斷，in+輸入信號(hào)此時(shí)通過m2傳到out-，in-信號(hào)通過m3傳到out+。由于輸入到輸出路徑隨本振信號(hào)來回切換，實(shí)現(xiàn)了低頻生物信號(hào)與高頻本振信號(hào)的混頻，即am調(diào)制。

本實(shí)施例，該可變增益混頻放大器將生物信號(hào)調(diào)制到音頻，同時(shí)利用斬波原理降低了噪聲，省去了調(diào)制-解調(diào)-再調(diào)制中后兩個(gè)冗余的調(diào)制模塊，經(jīng)過調(diào)制與放大后的信號(hào)通過耳機(jī)接口輸入至智能終端設(shè)備能夠以很低的損耗和失真?zhèn)鬏敱辉撔酒{(diào)制到音頻的生物信號(hào)。

實(shí)施例三

請參見圖7及圖8，圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種本振信號(hào)產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種信號(hào)整形電路的電路示意圖。本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，對本振信號(hào)產(chǎn)生電路進(jìn)行詳細(xì)描述。

請參見圖7，所述本振信號(hào)產(chǎn)生電路12可以包括偏置電路121和信號(hào)整形電路122，所述偏置電路121和所述信號(hào)整形電路122依次串接至所述可變增益混頻放大器11的本振信號(hào)輸入端lo，且所述偏置電路121的輸入端接收所述交流電信號(hào)。其中，所述偏置電路121的輸入與右聲道輸入信號(hào)連接，輸出與所述信號(hào)整形電路122的輸入連接，所述信號(hào)整形電路的輸出與所述可變增益混頻放大器11的本振信號(hào)輸入端lo連接。由于右聲道輸出的正弦信號(hào)共模電平不能確定，偏置電路121用于耦合右聲道輸出信號(hào)，并確定信號(hào)整形電路122的輸入共模電平(接近于vdd/2)，信號(hào)整形電路122用于將正弦信號(hào)整形為方波信號(hào)。

具體地，請參見圖8，所述信號(hào)整形電路122包括：第五晶體管m5、第六晶體管m6、第七晶體管m7、第一反相器inv1、第二反相器inv2、第三反相器inv3、第四反相器inv4、第二電阻r2、第三電阻r3；其中，所述第二電阻r2、所述第五晶體管m5和所述第七晶體管m7依次串接于直流電源和接地端之間，所述第五晶體管m5的控制端輸入耦合信號(hào)vsin，所述第七晶體管m7的控制端輸入偏置電壓vbias；所述第三電阻r3和第六晶體管m6依次串接于所述直流電源與所述第五晶體管m5和所述第七晶體管m7串接形成節(jié)點(diǎn)g之間，所述第六晶體管m6的控制端輸入?yún)⒖茧妷簐ref；所述第一反相器inv1與所述第二反相器inv2依次串接至所述第二電阻r2和第五晶體管m5串接形成的節(jié)點(diǎn)e處，且所述第一反相器inv1的輸出端電連接所述可變增益混頻放大器11的本振信號(hào)輸入端lo以輸出第一本振信號(hào)；所述第四反相器inv4與所述第三反相器inv3依次串接至所述第三電阻r3和第六晶體管m6串接形成的節(jié)點(diǎn)f處，且所述第四反相器inv4電連接所述可變增益混頻放大器11的本振信號(hào)輸入端lo以輸出第二本振信號(hào)。也即，第七晶體管m7的柵極與偏置電壓vbias連接，源極接地，漏極與第五晶體管m5、第六晶體管m6的源極連接，所述第五晶體管m5的柵極與右聲道耦合信號(hào)vsin連接，漏極與所述負(fù)載電阻r2的負(fù)端連接，并通過所述反相器inv2、inv1與第一本振信號(hào)lo-連接，所述第六晶體管m6的柵極與參考電壓vref連接，漏極與所述負(fù)載電阻r3的負(fù)端連接，并通過所述反相器inv3、inv4與第二本振信號(hào)lo+連接，所述負(fù)載電阻r2、r3的正端與vdd連接。

該信號(hào)整形電路122的實(shí)現(xiàn)形式類似于一個(gè)比較器，放大器開環(huán)使用，差分輸入的一端接入右聲道耦合信號(hào)vsin，另一端接參考電壓vref(接近于vdd/2)，通過放大器的整形作用，正弦信號(hào)邊緣變陡峭，在差分輸出端形成兩個(gè)相位相反的方波信號(hào)(lo+與lo-)，圖中可以看出，lo+與輸入正弦信號(hào)同相，lo-與輸入正弦信號(hào)反相，所述第二電阻r2、第三電阻r3用來設(shè)置放大器的增益，增益越大，輸出信號(hào)邊緣越陡峭，得到的方波越理想，所述反相器用于進(jìn)一步整形方波信號(hào)。

實(shí)施例四

請參見圖9至圖11；圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種能量獲取單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種整流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種過電壓保護(hù)電路的電路示意圖。本實(shí)施在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，對能量獲取單元進(jìn)行詳細(xì)描述。

該所述能量獲取單元13可以包括整流器131、過壓保護(hù)電路132及l(fā)do(低壓差線性穩(wěn)壓器)133，所述整流器131、所述過壓保護(hù)電路132及所述ldo133依次串接至所述可變增益混頻放大器11的電源輸入端vdd以提供直流電源，且所述整流器131接收所述交流電信號(hào)。其中，所述整流器131和過壓保護(hù)電路132實(shí)現(xiàn)ac-dc轉(zhuǎn)換器功能，將左聲道輸出的正弦信號(hào)進(jìn)行整流，并通過ldo133輸出穩(wěn)定的直流電壓給后級(jí)供電。

請參見圖10，所述整流器131包括第二電容c2、第三電容c3、第四電容c4、第五電容c5、第八晶體管m8、第九晶體管m9、第十晶體管m10、第十一晶體管m11、第一比較器comp1、第二比較器comp2、第三比較器comp3和第四比較器comp4；其中，所述第八晶體管m8的源極與第一比較器comp1的同相輸入端電連接，漏極與第一比較器comp1的反相輸入端電連接，柵極與第一比較器comp1的輸出端電連接；所述第九晶體管m9的源極與第二比較器comp2的同相輸入端電連接，漏極與第二比較器comp2的反相輸入端電連接，柵極與第二比較器comp2的輸出端電連接；所述第十晶體管m10的源極與第三比較器comp3的同相輸入端電連接，漏極與第三比較器comp3的反相輸入端電連接，柵極與第三比較器comp3的輸出端電連接；所述第十一晶體管m11的源極與第四比較器comp4的同相輸入端電連接，漏極與第四比較器comp4的反相輸入端電連接，柵極與第四比較器comp4的輸出端電連接；輸入端vin`與所述第二電容c2、第三電容c3的正端電連接，第二電容c2的負(fù)端與所述第八晶體管m8的漏極電連接，并與第九晶體管m9的源極電連接，第九晶體管m9的漏極與所述第四電容c4的正端電連接，并與所述第十晶體管m10的源極電連接，第十晶體管m10的漏極與第三電容c3的負(fù)端電連接，并與第十一晶體管m11的源極電連接，第十一晶體管m11的漏極與第五電容c5的正端電連接，并電連接到輸出端vout`，第四電容c4、第五電容c5的負(fù)端接地。

本實(shí)施例的整流器，采用基于有源二極管的電荷泵整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中集成的有源二極管可以實(shí)現(xiàn)幾十毫伏的導(dǎo)通壓降，與傳統(tǒng)二極管整流器相比，大大提高了整流效率，減少了整流器級(jí)數(shù)。根據(jù)不同的輸入信號(hào)幅度范圍和系統(tǒng)所需的電源電壓來調(diào)整整流器的級(jí)數(shù)以滿足需要。例如，把耳機(jī)聲道輸出電壓峰-峰值大于0.7v的智能手機(jī)當(dāng)作輸入源，當(dāng)音頻調(diào)制的生物信號(hào)采集與處理芯片的電源電壓低至1.2v時(shí)，理論上兩級(jí)整流器就可以滿足要求(假設(shè)ldo的最小脫落電壓為200mv)。

請參見圖11，過壓保護(hù)電路132可以包括第六電容c6，第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3；其中，信號(hào)輸入端vin``與所述第六電容c6的正端電連接，并與所述第一二極管d1的正極電連接，第六電容c6的負(fù)端接地，第一二極管d1的負(fù)極與第二二極管d2的正極電連接，第二二極管d2的負(fù)極與第三二極管d3的正極電連接，第三二極管d3的負(fù)極接地，輸出端vout``電連接第一二極管d1的正極。

本實(shí)施例的過壓保護(hù)電路，用于防止電壓過高擊穿晶體管，由于不同智能手機(jī)耳機(jī)聲道輸出的峰-峰值電壓不同(幾百毫伏到幾伏)，經(jīng)過整流升壓之后的信號(hào)可能幅度很大，不同工藝容許的最高電壓不同，通過在儲(chǔ)能電容(c6)正端串聯(lián)若干二極管到地，可以將最高電壓限制到這些二極管的導(dǎo)通壓降之和(圖11中為三倍的二極管導(dǎo)通壓降，約1.8v)，一旦儲(chǔ)能電容上的電壓高于這個(gè)最大值時(shí)，二極管均導(dǎo)通，將儲(chǔ)能電容上的電壓放電到限制值。

綜上，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。