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    重庆时时彩走势看不到: 生物传感器的微信号多级放大装置及方法.pdf

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    生物 传感器 信号 多级 放大 装置 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610741044.9

    申请日:

    2016.08.26

    公开号:

    CN106374861A

    公开日:

    2017.02.01

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):H03F 3/68申请日:20160826|||公开
    IPC分类号: H03F3/68 主分类号: H03F3/68
    申请人: 深圳市前海安测信息技术有限公司
    发明人: 张贯京; 陈兴明; 高伟明; 唐昭月
    地址: 518057 广东省深圳市南山区粤兴二道6号武汉大学深圳产学研大楼B815房(入驻深圳市前海商务秘书有限公司)
    优先权:
    专利代理机构: 代理人:
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610741044.9

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2018.05.11|||2017.02.01

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种生物传感器的微信号多级放大装置及方法,该装置包括第一差分放大器、第二差分放大器、第三差分放大器、ADC放大芯片和单片机。第一差分运放器从第一生物传感器获取第一微信号并从第二生物传感器获取第二微信号进行第一差分运放器差分运算放大得到第一差分信号。第二差分放大器从第三生物传感器获取第三微信号并从第四生物传感器获取第四微信号进行差分运算放大得到第二差分信号。第三差分放大器将第一差分信号和第二差分信号进行差分运算并放大得到测量特征信号。ADC放大芯片将测量特征信号进行信号放大后输出至单片机。本发明能够匹配不同放大倍数的多级放大器将微信号进行多级放大,从而准确地测量出微信号。

    权利要求书

    1.一种生物传感器的微信号多级放大装置,该微信号多级放大装置连接有第一生物传
    感器、第二生物传感器、第三生物传感器以及第四生物传感器,其特征在于,所述微信号多
    级放大装置包括第一差分放大器、第二差分放大器、第三差分放大器、ADC放大芯片以及单
    片机,所述第一差分放大器和第二差分放大器均包括两个第一电阻以及两个第二电阻,所
    述第三差分放大器包括两个第三电阻以及两个第四电阻,其中:
    所述第一差分运放器用于从第一生物传感器获取第一微信号并从第二生物传感器获
    取第二微信号,将第一微信号和第二微信号通过该第一差分运放器的放大倍数进行差分运
    算并放大得到第一差分信号,所述第一差分放大器的放大倍数等于第一差分放大器中的第
    二电阻和第一电阻的电阻值的比值;
    所述第二差分放大器用于从第三生物传感器获取第三微信号并从第四生物传感器获
    取第四微信号,将第三微信号和第四微信号通过该第二差分放大器的放大倍数进行差分运
    算并放大得到第二差分信号,所述第二差分放大器的放大倍数等于第一差分放大器的放大
    倍数;
    所述第三差分放大器用于将第一差分信号和第二差分信号通过该第三差分放大器的
    放大倍数进行差分运算并放大得到测量特征信号,所述第三差分放大器的放大倍数等于第
    三差分放大器中的第四电阻和第三电阻的电阻值的比值;
    所述ADC放大芯片包括放大电路芯片以及ADC电路芯片,所述放大电路芯片用于将所述
    测量特征信号通过放大电路芯片的放大倍数进行信号放大后输出至ADC电路芯片,所述放
    大电路芯片的放大倍数为该放大电路芯片的固有特定值。
    2.如权利要求1所述的生物传感器的微信号多级放大装置,其特征在于:
    所述第一差分放大器的第一输入端连接至第一生物传感器,第一差分放大器的第二输
    入端连接至第二生物传感器;
    所述第二差分放大器的第一输入端连接至第三生物传感器,第二差分放大器的第二输
    入端连接至第四生物传感器;
    所述第一差分放大器的输出端连接至第三差分放大器的第一输入端,第二差分放大器
    的输出端连接至第三差分放大器的第二输入端;
    所述第三差分放大器的输出端连接至所述放大电路芯片的输入端,所述放大电路芯片
    的输出端连接至ADC电路芯片的输入端,所述ADC电路芯片的输出端连接至所述单片机。
    3.如权利要求1所述的生物传感器的微信号多级放大装置,其特征在于,所述第一差分
    放大器还包括第一晶体三极管,第一差分放大器的其中一个第一电阻串联至第一晶体三极
    管的第一输入端,第一差分放大器的其中另一个第一电阻串联至第一晶体三极管的第二输
    入端,第一差分放大器的其中一个第二电阻的一端连接至第一晶体三极管的第一输入端且
    该第二电阻的另一端连接至第一晶体三极管的输出端,第一差分放大器的其中另一个第二
    电阻的一端连接至第一晶体三极管的第二输入端且该第二电阻的另一端连接至接地线。
    4.如权利要求1所述的生物传感器的微信号多级放大装置,其特征在于,所述第二差分
    放大器还包括第一晶体三极管,第二差分放大器的其中一个第一电阻串联至第一晶体三极
    管的第一输入端,第二差分放大器的其中另一个第一电阻串联至第一晶体三极管的第二输
    入端,第二差分放大器的其中一个第二电阻的一端连接至第一晶体三极管的第一输入端且
    该第二电阻的另一端连接至第一晶体三极管的输出端,第二差分放大器的其中另一个第二
    电阻的一端连接至第一晶体三极管的第二输入端且该第二电阻的另一端连接至接地线。
    5.如权利要求1所述的生物传感器的微信号多级放大装置,其特征在于,所述第三差分
    放大器还包括第二晶体三极管,其中一个第三电阻串联至第二晶体三极管的第一输入端,
    其中另一个第三电阻串联至第二晶体三极管的第二输入端,其中一个第四电阻的一端连接
    至第二晶体三极管的第一输入端且该第四电阻的另一端连接至第二晶体三极管的输出端,
    其中另一个第四电阻的一端连接至第二晶体三极管的第二输入端且该第四电阻的另一端
    连接至接地线。
    6.如权利要求1所述的生物传感器的微信号多级放大装置,其特征在于,所述ADC电路
    芯片用于将放大后的测量特征信号进行数模转换并输出至所述单片机进行信号测量分析。
    7.如权利要求1至6任一项所述的生物传感器的微信号多级放大装置,其特征在于,所
    述第一生物传感器用于感测第一波长红外光照射在目标检测对象上产生的第一微信号,第
    二生物传感器用于感测第二波长红外光照射在目标检测对象上产生的第二微信号,第三生
    物传感器用于感测第三波长红外光照射在目标检测对象上产生的第三微信号,第四生物传
    感器用于感测第四波长红外光照射在目标检测对象上产生的第四微信号。
    8.一种生物传感器的微信号多级放大方法,应用于微信号多级放大装置中,该微信号
    多级放大装置连接有第一生物传感器、第二生物传感器、第三生物传感器以及第四生物传
    感器,其特征在于,所述微信号多级放大装置包括第一差分放大器、第二差分放大器、第三
    差分放大器、ADC放大芯片以及单片机,第一差分放大器和第二差分放大器均包括两个第一
    电阻以及两个第二电阻,第三差分放大器包括两个第三电阻以及两个第四电阻,所述ADC放
    大芯片包括放大电路芯片和ADC电路芯片,其中,所述微信号多级放大方法包括如下步骤:
    所述第一差分运放器从第一生物传感器获取第一微信号并从第二生物传感器获取第
    二微信号;
    所述第一差分运放器将第一微信号和第二微信号通过该第一差分运放器的放大倍数
    进行差分运算并放大得到第一差分信号,所述第一差分放大器的放大倍数等于第一差分放
    大器中的第二电阻和第一电阻的电阻值的比值;
    所述第二差分放大器从第三生物传感器获取第三微信号并从第四生物传感器获取第
    四微信号;
    所述第二差分放大器将第三微信号和第四微信号通过该第二差分放大器的放大倍数
    进行差分运算并放大得到第二差分信号,所述第二差分放大器的放大倍数等于第一差分放
    大器的放大倍数;
    所述第三差分放大器将第一差分信号和第二差分信号通过该第三差分放大器的放大
    倍数进行差分运算并放大得到测量特征信号,所述第三差分放大器的放大倍数等于第三差
    分放大器的第四电阻和第三电阻的电阻值的比值;
    所述放大电路芯片将所述测量特征信号通过该放大电路芯片的放大倍数进行信号放
    大后输出至ADC电路芯片,所述放大电路芯片的放大倍数为该放大电路芯片的固有特定值。
    9.如权利要求8所述的生物传感器的微信号多级放大方法,其特征在于,所述第一微信
    号是第一生物传感器感测到第一波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号,第
    二微信号是第二生物传感器感测到第二波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电
    信号,第三微信号是第三生物传感器感测到第三波长红外光照射在目标检测对象上产生的
    特征电信号,第四微信号是第四生物传感器感测到第四波长红外光照射在目标检测对象上
    产生的特征电信号。
    10.如权利要求8或9所述的生物传感器的微信号多级放大方法,其特征在于,所述ADC
    放大芯片还包括ADC电路芯片,所述微信号多级放大方法还包括步骤:
    所述ADC电路芯片将放大后的测量特征信号进行数模转换并输出至所述单片机进行信
    号测量分析。

    说明书

    生物传感器的微信号多级放大装置及方法

    技术领域

    本发明涉及信号放大的技术领域,尤其涉及一种生物传感器的微信号多级放大装
    置及方法。

    背景技术

    微信号的放大是信号测量和计量的基础,对于50mV以内的微小信号,无法直接用
    于AD采样等芯片,必须通过放大电路将信号放大后才能测量出来。微信号测量往往是信号
    测量中的难点,50mV以内的微小信号很难被信号测量电路检测得到。一般地,生物传感器
    (例如体征监测生物传感器中的血糖、体温、心率生物传感器等)输出的生物电信号都比较
    微弱,由于被测生物电信号很弱,因此必须通过放大电路将被测生物电信号放大后才能测
    量出来。然而,现有信号测量设备中的放大电路不能有效匹配不同放大倍数的多级放大器
    将微弱的特征电信号进行多级放大,从而导致造成微弱的被测生物电信号的测量结果不准
    确。

    发明内容

    本发明的主要目的在于提供一种生物传感器的微信号多级放大装置及方法,旨在
    解决不能有效匹配不同放大倍数的多级放大器将微弱信号进行多级放大的问题。

    为实现上述目的,本发明提供了一种生物传感器的微信号多级放大装置,该微信
    号多级放大装置连接有第一生物传感器、第二生物传感器、第三生物传感器以及第四生物
    传感器,所述微信号多级放大装置包括第一差分放大器、第二差分放大器、第三差分放大
    器、ADC放大芯片以及单片机,所述第一差分放大器和第二差分放大器均包括两个第一电阻
    以及两个第二电阻,所述第三差分放大器包括两个第三电阻以及两个第四电阻,其中:

    所述第一差分运放器用于从第一生物传感器获取第一微信号并从第二生物传感
    器获取第二微信号,将第一微信号和第二微信号通过该第一差分运放器的放大倍数进行差
    分运算并放大得到第一差分信号,所述第一差分放大器的放大倍数等于第一差分放大器中
    的第二电阻和第一电阻的电阻值的比值;

    所述第二差分放大器用于从第三生物传感器获取第三微信号并从第四生物传感
    器获取第四微信号,将第三微信号和第四微信号通过该第二差分放大器的放大倍数进行差
    分运算并放大得到第二差分信号,所述第二差分放大器的放大倍数等于第一差分放大器的
    放大倍数;

    所述第三差分放大器用于将第一差分信号和第二差分信号通过该第三差分放大
    器的放大倍数进行差分运算并放大得到测量特征信号,所述第三差分放大器的放大倍数等
    于第三差分放大器中的第四电阻和第三电阻的电阻值的比值;

    所述ADC放大芯片包括放大电路芯片以及ADC电路芯片,所述放大电路芯片用于将
    所述测量特征信号通过放大电路芯片的放大倍数进行信号放大后输出至ADC电路芯片,所
    述放大电路芯片的放大倍数为该放大电路芯片的固有特定值。

    进一步地,所述第一差分放大器的第一输入端连接至第一生物传感器,第一差分
    放大器的第二输入端连接至第二生物传感器;所述第二差分放大器的第一输入端连接至第
    三生物传感器,第二差分放大器的第二输入端连接至第四生物传感器;所述第一差分放大
    器的输出端连接至第三差分放大器的第一输入端,第二差分放大器的输出端连接至第三差
    分放大器的第二输入端;所述第三差分放大器的输出端连接至所述放大电路芯片的输入
    端,所述放大电路芯片的输出端连接至ADC电路芯片的输入端,所述ADC电路芯片的输出端
    连接至所述单片机。

    进一步地,所述第一差分放大器还包括第一晶体三极管,第一差分放大器的其中
    一个第一电阻串联至第一晶体三极管的第一输入端,第一差分放大器的其中另一个第一电
    阻串联至第一晶体三极管的第二输入端,第一差分放大器的其中一个第二电阻的一端连接
    至第一晶体三极管的第一输入端且该第二电阻的另一端连接至第一晶体三极管的输出端,
    第一差分放大器的其中另一个第二电阻的一端连接至第一晶体三极管的第二输入端且该
    第二电阻的另一端连接至接地线。

    进一步地,所述第二差分放大器还包括第一晶体三极管,第二差分放大器的其中
    一个第一电阻串联至第一晶体三极管的第一输入端,第二差分放大器的其中另一个第一电
    阻串联至第一晶体三极管的第二输入端,第二差分放大器的其中一个第二电阻的一端连接
    至第一晶体三极管的第一输入端且该第二电阻的另一端连接至第一晶体三极管的输出端,
    第二差分放大器的其中另一个第二电阻的一端连接至第一晶体三极管的第二输入端且该
    第二电阻的另一端连接至接地线。

    进一步地,所述第三差分放大器还包括第二晶体三极管,其中一个第三电阻串联
    至第二晶体三极管的第一输入端,其中另一个第三电阻串联至第二晶体三极管的第二输入
    端,其中一个第四电阻的一端连接至第二晶体三极管的第一输入端且该第四电阻的另一端
    连接至第二晶体三极管的输出端,其中另一个第四电阻的一端连接至第二晶体三极管的第
    二输入端且该第四电阻的另一端连接至接地线。

    进一步地,所述第一生物传感器用于感测第一波长红外光照射在目标检测对象上
    产生的第一微信号,第二生物传感器用于感测第二波长红外光照射在目标检测对象上产生
    的第二微信号,第三生物传感器用于感测第三波长红外光照射在目标检测对象上产生的第
    三微信号,第四生物传感器用于感测第四波长红外光照射在目标检测对象上产生的第四微
    信号。

    进一步地,所述ADC电路芯片用于将放大后的测量特征信号进行数模转换并输出
    至所述单片机进行信号测量分析。

    为实现本发明上述目的,本发明还提供了一种生物传感器的微信号多级放大方
    法,应用于微信号多级放大装置中,该微信号多级放大装置连接有第一生物传感器、第二生
    物传感器、第三生物传感器以及第四生物传感器,所述微信号多级放大装置包括第一差分
    放大器、第二差分放大器、第三差分放大器、ADC放大芯片以及单片机,第一差分放大器和第
    二差分放大器均包括两个第一电阻以及两个第二电阻,第三差分放大器包括两个第三电阻
    以及两个第四电阻,所述ADC放大芯片包括放大电路芯片和ADC电路芯片,其中,所述微信号
    多级放大方法包括如下步骤:

    所述第一差分运放器从第一生物传感器获取第一微信号并从第二生物传感器获
    取第二微信号;

    所述第一差分运放器将第一微信号和第二微信号通过该第一差分运放器的放大
    倍数进行差分运算并放大得到第一差分信号,所述第一差分放大器的放大倍数等于第一差
    分放大器中的第二电阻和第一电阻的电阻值的比值;

    所述第二差分放大器从第三生物传感器获取第三微信号并从第四生物传感器获
    取第四微信号;

    所述第二差分放大器将第三微信号和第四微信号通过该第二差分放大器的放大
    倍数进行差分运算并放大得到第二差分信号,所述第二差分放大器的放大倍数等于第一差
    分放大器的放大倍数;

    所述第三差分放大器将第一差分信号和第二差分信号通过该第三差分放大器的
    放大倍数进行差分运算并放大得到测量特征信号,所述第三差分放大器的放大倍数等于第
    三差分放大器的第四电阻和第三电阻的电阻值的比值;

    所述放大电路芯片将所述测量特征信号通过该放大电路芯片的放大倍数进行信
    号放大后输出至ADC电路芯片,所述放大电路芯片的放大倍数为该放大电路芯片的固有特
    定值。

    进一步地,所述第一微信号是第一生物传感器感测到第一波长红外光照射在目标
    检测对象上产生的特征电信号,第二微信号是第二生物传感器感测到第二波长红外光照射
    在目标检测对象上产生的特征电信号,第三微信号是第三生物传感器感测到第三波长红外
    光照射在目标检测对象上产生的特征电信号,第四微信号是第四生物传感器感测到第四波
    长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号。

    进一步地,所述ADC放大芯片还包括ADC电路芯片,所述微信号多级放大方法还包
    括步骤:

    所述ADC电路芯片将放大后的测量特征信号进行数模转换并输出至所述单片机进
    行信号测量分析。

    相较于现有技术,本发明所述生物传感器的微信号多级放大装置及方法采用上述
    技术方案,取得了如下技术效果:通过获取四路微弱的特征电信号并通过多级差分放大器
    进行差分运算并进行高倍数放大得到测量特征信号,从而能够达到测量微弱的特征电信号
    的效果。

    附图说明

    图1是本发明生物传感器的微信号多级放大装置优选实施例的电路结构示意图;

    图2是本发明生物传感器的微信号多级放大方法优选实施例的方法流程图。

    本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。

    具体实施方式

    为更进一步阐述本发明为达成上述目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图
    及较佳实施例,对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。应当理解,此
    处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

    如图1所示,图1是本发明生物传感器的微信号多级放大装置优选实施例的电路结
    构示意图。在本实施例中,所述微信号多级放大装置1包括,但不仅限于,第一差分放大器
    11、第二差分放大器12、第三差分放大器13、ADC(数模转换)放大芯片14以及单片机15。第一
    差分放大器11的第一输入端连接至第一生物传感器2,第一差分放大器11的第二输入端连
    接至第二生物传感器3,第二差分放大器12的第一输入端连接至第三生物传感器4,第二差
    分放大器12的第二输入端连接至第四生物传感器5。第一差分放大器11的输出端连接至第
    三差分放大器13的第一输入端,第二差分放大器12的输出端连接至第三差分放大器13的第
    二输入端,第三差分放大器13的输出端连接至ADC放大芯片14,所述ADC放大芯片14连接至
    单片机15。

    所述第一生物传感器2用于从目标检测对象获取第一微信号,第二生物传感器3用
    于从目标检测对象获取第二微信号,第三生物传感器4用于从目标检测对象获取第三微信
    号,第四生物传感器5用于从目标检测对象获取第四微信号。在本实施例中,通过分别使用
    四种不同波长的红外光照射到目标检测对象上,因此,第一微信号是第一生物传感器2感测
    到第一波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号,第二微信号是第二生物传感
    器3感测到第二波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号,第三微信号是第三
    生物传感器4感测到第三波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号,第四微信
    号是第四生物传感器5感测到第四波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号。
    本实施例通过获取四种不同波长的红外光照射到目标检测对象上的四种微信号,并对四种
    微信号进行多级差分运算并放大即可测量出目标检测对象的测量特征信号。例如,需要测
    量人体血糖浓度时,分别使用四种不同波长的红外光照射到人体血糖测量部位(目标检测
    部位),即可通过四个生物传感器分别获得四种微弱的血糖浓度电信号,再通过所述微信号
    多级放大装置1进行多级差分运算并放大即可得到人体血糖浓度信号,并输出至单片机5进
    行后续的血糖浓度分析。

    在本实施例中,第一差分放大器11和第二差分放大器12均包括两个第一电阻R1、
    两个第二电阻R2以及一个第一晶体三极管Q1。第一差分放大器11的其中一个第一电阻R1串
    联至第一晶体三极管Q1的第一输入端,第一差分放大器11的其中另一个第一电阻R1串联至
    第一晶体三极管Q1的第二输入端;第一差分放大器11的其中一个第二电阻R2的一端连接至
    第一晶体三极管Q1的第一输入端且该第二电阻R2的另一端连接至第一晶体三极管Q1的输
    出端,第一差分放大器11的其中另一个第二电阻R2的一端连接至第一晶体三极管Q1的第二
    输入端且该第二电阻R2的另一端连接至接地线。第二差分放大器12的其中一个第一电阻R1
    串联至第一晶体三极管Q1的第一输入端,第二差分放大器12的其中另一个第一电阻R1串联
    至第一晶体三极管Q1的第二输入端;第二差分放大器12的其中一个第二电阻R2的一端连接
    至第一晶体三极管Q1的第一输入端且该第二电阻R2的另一端连接至第一晶体三极管Q1的
    输出端,第二差分放大器12的其中另一个第二电阻R2的一端连接至第一晶体三极管Q1的第
    二输入端且该第二电阻R2的另一端连接至接地线。

    第一差分运放器11用于从第一生物传感器2获取第一微信号并从第二生物传感器
    3获取第二微信号,以及将第一微信号和第二微信号通过该第一差分运放器11的放大倍数
    进行差分运算并放大得到第一差分信号。所述第二差分放大器12用于从第三生物传感器4
    获取第三微信号并从第四生物传感器5获取第四微信号,以及将第三微信号和第四微信号
    通过该第二差分放大器12的放大倍数进行差分运算并放大得到第二差分信号。第一差分放
    大器11的放大倍数等于第一差分放大器11中的第二电阻R2和第一电阻R1的电阻值的比值,
    第二差分放大器12的放大倍数与第一差分放大器11的放大倍数相等。

    在本实施例中,第一差分放大器11的温度系数K1由第一差分放大器11中的第二电
    阻R2和第一电阻R1的温度系数确定??梢岳斫?,所述某一个电阻的温度系数是指当温度改
    变1℃时该电阻的电阻值的相对变化值,单位为ppm/℃。例如,第一电阻R1的温度系数表示
    为QCR1=ΔR1/R1·ΔT,第二电阻R2的温度系数表示为QCR2=ΔR2/R2·ΔT,其中,QCR1为
    第一电阻R1的温度系数,QCR2为第二电阻R2的温度系数,ΔT为温度变化值,ΔR1是指在温
    度变化下第一电阻R1的电阻变化值,ΔR2是指在温度变化下第二电阻R2的电阻变化值,/代
    表除法运算,·代表乘法运算。在实际应用时,温度系数通常采用平均温度系数,且有负温
    度系数、正温度系数及在某一特定温度下电阻只会发生突变的临界温度系数。所述第一差
    分放大器11的温度系数K1等于第二电阻R2的温度系数QCR2与第一电阻R1的温度系数QCR1
    的比值,即:K1=QCR2/QCR1。所述第二差分放大器12的温度系数与第一差分放大器11的温
    度系数相等。

    在本实施例中,第三差分放大器13包括两个第三电阻R3、两个第四电阻R4以及一
    个第二晶体三极管Q2,其中一个第三电阻R3串联至第二晶体三极管Q2的第一输入端,其中
    另一个第三电阻R3串联至第二晶体三极管Q2的第二输入端;其中一个第四电阻R4的一端连
    接至第二晶体三极管Q2的第一输入端且该第四电阻R4的另一端连接至第二晶体三极管Q2
    的输出端,其中另一个第四电阻R4的一端连接至第二晶体三极管Q2的第二输入端且该第四
    电阻R4的另一端连接至接地线。

    所述第三差分放大器13用于将第一差分信号和第二差分信号通过该第三差分放
    大器13的放大倍数进行差分运算并放大得到测量特征信号。在本实施例中,所述第三差分
    放大器13的放大倍数等于第三差分放大器13中的第四电阻R4和第三电阻R3的电阻值的比
    值。所述第三差分放大器13的温度系数K2由第三差分放大器13中的第四电阻R4和第三电阻
    R3的温度系数确定。例如,第三电阻R3的温度系数表示为QCR3=ΔR3/R3·ΔT,第四电阻R4
    的温度系数表示为QCR4=ΔR4/R4·ΔT,其中,QCR3为第三电阻R3的温度系数,QCR4为第四
    电阻R4的温度系数,ΔT为温度变化值,ΔR3是指在温度变化下第三电阻R3的电阻变化值,
    ΔR4是指在温度变化下第四电阻R4的电阻变化值,/代表除法运算,·代表乘法运算。所述
    第三差分放大器13的温度系数K2等于第四电阻R4的温度系数QCR4与第三电阻R3的温度系
    数QCR3的比值,即:K2=QCR4/QCR3。

    在本实施例中,所述ADC放大芯片14包括,但不仅限于,放大电路芯片141和ADC电
    路芯片142。所述放大电路芯片141的输入端连接至第三差分放大器13的输出端,所述放大
    电路芯片141的输出端连接至ADC电路芯片142的输入端,所述ADC电路芯片142的输出端连
    接至所述单片机15。所述放大电路芯片141用于将所述测量特征信号通过该放大电路芯片
    141的放大倍数进行信号放大后输出至ADC电路芯片142,该ADC电路芯片142用于将放大后
    的测量特征信号进行数模转换并输出至单片机15,以便进行后续的信号测量分析。

    在本实施例中,所述放大电路芯片141为现有技术中的放大电路组成,所述ADC电
    路芯片142均为现有技术中的数模转换电路组成。本领域技术人员可以理解的是,所述放大
    电路芯片141的放大倍数为该放大电路芯片141的固有特定值,即该放大电路芯片141固有
    的放大属性,但在工作时会受到该放大电路芯片141的温度系数K3产生温度漂移的影响。所
    述放大电路芯片141的温度系数K3为该放大电路芯片141固有的温度特性,其反映该放大电
    路芯片141在工作温度变化的情况下造成放大电路芯片141发生温度漂移的严重程度。所述
    放大电路芯片141随着工作温度变化会产生温度漂移现象对测量特征信号产生信号干扰,
    从而导致测量特征信号被淹没在干扰信号之中,因此无法准确地测量出测量特征信号。在
    本实施例中,通过确定第一差分放大器11和第二差分放大器12中的第一电阻R1和第二电阻
    R2的温度系数,以及通过确定第三差分放大器13中的第三电阻R3和第四电阻R4的温度系
    数,使得第一差分放大器11的温度系数K1和第三差分放大器13的温度系数K2的乘积与所述
    放大电路芯片141的温度系数K3大小相等且符号相反,因此使得第一差分放大器11和第三
    差分放大器13产生的温度漂移对信号干扰的影响与放大电路芯片141产生的温度漂移对信
    号干扰的影响相互抵消,从而能够消除微弱信号在高倍数放大电路进行信号放大时所遇到
    的温度漂移产生的信号干扰,提高测量微弱信号的准确性。

    为实现本发明目的,本发明还提供了一种生物传感器的微信号多级放大方法,应
    用于如图1所示的微信号多级放大装置1中。如图2所示,图2是本发明生物传感器的微信号
    多级放大方法优选实施例的方法流程图。在本实施例中,所述的微信号多级放大方法包括
    步骤S21至步骤S27。

    步骤S21,第一差分放大器从第一生物传感器获取第一微信号并从第二生物传感
    器获取第二微信号;具体地,第一差分运放器11从第一生物传感器2获取第一微信号并从第
    二生物传感器3获取第二微信号。在本实施例中,所述第一微信号是由第一生物传感器2感
    测第一波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号,第二微信号是由第二生物传
    感器3感测第二波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号。

    步骤S22,第一差分放大器将第一微信号和第二微信号通过第一差分运放器11的
    放大倍数进行差分运算并放大得到第一差分信号;具体地,第一差分运放器11将第一微信
    号和第二微信号通过该第一差分运放器11的放大倍数进行差分运算并放大得到第一差分
    信号。所述第一差分运放器11的放大倍数等于第一差分放大器11中的第二电阻R2和第一电
    阻R1的电阻值的比值,并受到第一差分运放器11的温度系数K1产生温度漂移的影响。在本
    实施例中,第一差分放大器11的温度系数K1由第一差分放大器11中的第二电阻R2和第一电
    阻R1的温度系数确定。例如,第一电阻R1的温度系数表示为QCR1=ΔR1/R1·ΔT,第二电阻
    R2的温度系数表示为QCR2=ΔR2/R2·ΔT,其中,QCR1为第一电阻R1的温度系数,QCR2为第
    二电阻R2的温度系数,ΔT为温度变化值,ΔR1是指在温度变化下第一电阻R1的电阻变化
    值,ΔR2是指在温度变化下第二电阻R2的电阻变化值,/代表除法运算,·代表乘法运算。在
    实际应用时,温度系数通常采用平均温度系数,且有负温度系数、正温度系数及在某一特定
    温度下电阻只会发生突变的临界温度系数。所述第一差分放大器11的温度系数K1等于第二
    电阻R2的温度系数QCR2与第一电阻R1的温度系数的QCR1的比值,即:K1=QCR2/QCR1。

    步骤S23,第二差分放大器从第三生物传感器获取第三微信号并从第四生物传感
    器获取第四微信号;具体地,第二差分放大器12从第三生物传感器4获取第三微信号并从第
    四生物传感器5获取第四微信号。在本实施例中,所述第三微信号是由第三生物传感器4感
    测第三波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号,第四微信号是由第四生物传
    感器5感测第四波长红外光照射在目标检测对象上产生的特征电信号。

    步骤S24,第二差分放大器将第三微信号和第四微信号通过该第二差分放大器的
    放大倍数进行差分运算并放大得到第二差分信号;具体地,第二差分放大器12将第三微信
    号和第四微信号通过该第二差分放大器12的放大倍数进行差分运算并放大得到第二差分
    信号。在本实施例中,所述第二差分放大器12的放大倍数与第一差分放大器11的放大倍数
    相等。

    步骤S25,第三差分放大器将第一差分信号和第二差分信号通过该第三差分放大
    器的第二放大倍数进行差分运算并放大得到测量特征信号;具体地,第三差分放大器13将
    第一差分信号和第二差分信号通过该第三差分放大器13的放大倍数进行差分运算并放大
    得到测量特征信号。所述第三差分放大器13的放大倍数等于第三差分放大器13中的第四电
    阻R4和第三电阻R3的电阻值的比值,并受到第三差分放大器13的温度系数K2产生温度漂移
    的影响。在本实施例中,所述第三差分放大器13的温度系数K2由第三差分放大器13中的第
    四电阻R4和第三电阻R3的温度系数确定。例如,第三电阻R3的温度系数表示为QCR3=ΔR3/
    R3·ΔT,第四电阻R4的温度系数表示为QCR4=ΔR4/R4·ΔT,其中,QCR3为第三电阻R3的
    温度系数,QCR4为第四电阻R4的温度系数,ΔT为温度变化值,ΔR3是指在温度变化下第三
    电阻R3的电阻变化值,ΔR4是指在温度变化下第四电阻R4的电阻变化值,/代表除法运
    算,·代表乘法运算。所述第三差分放大器13的温度系数K2等于第四电阻R4的温度系数
    QCR4与第三电阻R3的温度系数QCR3的比值,即:K2=QCR4/QCR3。

    步骤S26,放大电路芯片将测量特征信号通过该放大电路芯片的放大倍数进行信
    号放大后输出至ADC电路芯片;具体地,放大电路芯片141将所述测量特征信号通过该放大
    电路芯片141的放大倍数进行信号放大后输出至ADC电路芯片142。在本实施例中,所述放大
    电路芯片141为现有技术中的放大电路组成,所述ADC电路芯片142为现有技术中的数模转
    换电路组成。本领域技术人员可以理解的是,所述放大电路芯片141的放大倍数为该放大电
    路芯片141的固有特定值,即该放大电路芯片141固有放大属性,但在工作时会受到该放大
    电路芯片141的温度系数K3产生温度漂移的影响。所述放大电路芯片141的温度系数K3为该
    放大电路芯片141固有的温度特性,其反映该放大电路芯片141在工作温度变化的情况下造
    成放大电路芯片141发生温度漂移的严重程度。所述放大电路芯片141随着工作温度变化会
    产生温度漂移现象对测量特征信号产生信号干扰,从而导致测量特征信号被淹没在干扰信
    号之中,因此无法准确地测量出测量特征信号。在本实施例中,通过确定第一差分放大器11
    和第二差分放大器12中的第一电阻R1和第二电阻R2的温度系数,以及通过确定第三差分放
    大器13中的第三电阻R3和第四电阻R4的温度系数,使得第一差分放大器11的温度系数K1和
    第三差分放大器13的温度系数K2的乘积与所述放大电路芯片141的温度系数K3大小相等且
    符号相反,因此使得第一差分放大器11和第三差分放大器13产生的温度漂移对微弱信号干
    扰的影响与放大电路芯片141产生的温度漂移对微弱信号干扰的影响相互抵消,从而能够
    消除微弱信号在高倍数放大电路进行信号放大时温度漂移产生的信号干扰。

    步骤S27,ADC电路芯片将放大后的测量特征信号进行数模转换后输出至单片机进
    行信号测量分析;具体地,ADC电路芯片142将放大后的测量特征信号进行数模转换并输出
    至单片机15,以便进行后续的信号测量分析。

    本发明所述生物传感器的微信号多级放大装置及方法,通过获取四路微弱的特征
    电信号并通过多级差分放大器进行差分运算并进行高倍数放大得到测量特征信号,从而能
    够达到测量微弱的特征电信号的效果。此外,本发明还通过利用多级差分放大器产生的温
    度漂移对微弱信号干扰的影响抵消掉放大电路芯片本身产生的温度漂移对微弱信号干扰
    的影响,从而能够达到消除微弱信号在高倍数放大电路进行信号放大时所遇到的温度漂移
    产生的信号干扰,提高测量微弱信号的准确性。

    以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发
    明说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换,或直接或间接运用在其他相关的技
    术领域,均同理包括在本发明的专利?;し段?。

    关于本文
    本文标题:生物传感器的微信号多级放大装置及方法.pdf
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