[发明专利]一种用于血氧浓度监测的传感集成电路

说明书

技术领域

本发明涉及血氧浓度监测领域，特别涉及一种用于血氧浓度监测的传感集成电路。

背景技术

CMOS双PN结光电二极管，由两个垂直堆叠的不同深度的二极管构成。这种器件的层叠式结构使得以硅材料作为滤光片时，光在硅晶体中的透射深度与波长有强烈的依赖关系，入射光功率和波长不同时，PN结输出的光电流也不相同。两个PN结的光电流比值与波长成良好的线性关系，而输出电流大小与入射光功率成比例。

血氧浓度是人体非常重要的生命指标，正常的血氧浓度应该维持在一定的水平，过高的血氧浓度会导致体内细胞老化，而过低的血氧浓度造成有机体的供氧不足。近红外光谱法是一种无损伤、高精度、高效率的检测方法。近红外光谱区的光对人体组织有较强的穿透能力，这些红外光经人体组织吸收和反射后，其光谱携带了组织中的生理信息，其中就包括血氧浓度的信息。

血氧浓度定义为氧合血红蛋白浓度除以氧合血红蛋白浓度与氧离血红蛋白浓度之和，氧合血红蛋白与氧离血红蛋白在近红外光谱内具有不同的吸收特性，氧合血红蛋白的吸收系数随检测光波长的增加而增大，氧离血红蛋白的吸收系数随检测光波长的增加而减小，在805nm左右两者吸收系数相同。监测血氧浓度的红外光谱选择700～900nm的波段，在此区间内生物组织对光线的吸收作用大大降低，可以更深入一些组织。因此小于805nm的光谱反应了氧离血红蛋白浓度的变化，大于805nm的光谱反应了氧合血红蛋白浓度的变化。通过测量两波长的检测光在不同时刻的出射光照强度，同时在相应波长下的吸收系数已知条件下，根据修正的朗伯-比尔定律，可以推算出组织内氧合血红蛋白浓度和氧离血红蛋白浓度的相对变化量和变化趋势，从而计算出血氧浓度。

发明内容

为了克服已有血氧浓度监测方式的不具有自校准功能、误差较大，精度较低的不足，本发明提供一种具有自校准功能、误差较小、精度较高的用于血氧浓度监测的传感集成电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于血氧浓度监测的传感集成电路，所述集成电路包括光电传感单元、复位校准单元、状态控制单元、第一电流提取放大单元、第二电流提取放大单元、电流-波长转换单元和电流-光强转换单元；

所述光电传感单元中，第一输出端、第二输出端分别与所述状态控制单元的第二输入端、第一输入端相连；

所述复位校准单元中，输入端Iref输入参考电流，第一输出端、第二输出端、第三输出端分别与状态控制单元的第三输入端、第四输入端、第五输入端相连；

所述状态控制单元中，复位输入端RST输入复位信号，第一输入端、第二输入端分别连所述光电传感单元的第二输出端、第一输出端，第三输入端、第四输入端、第五输入端分别连所述复位校准单元的第一输出端、第二输出端、第三输出端，第一输出端连所述第一电流提取放大单元的输入端，第二输出端、第三输出端分别连所述第二电流提取放大单元的第一输入端、第二输入端，第四输出端连所述电流-光强转换单元的输入端；

所述第一电流提取放大单元中，输入端连所述状态控制单元的第一输出端，第一输出端连所述电流-光强转换单元的输入端，第二输出端连所述电流-波长转换单元的第一输入端；

所述第二电流提取放大单元中，第一输入端、第二输入端分别连所述状态控制单元的第二输出端、第三输出端，输出端连所述电流-波长转换单元的第二输入端；

所述电流-波长转换单元中，第一输入端连所述第一电流提取放大单元的第二输出端，第二输入端连所述第二电流提取放大单元的输出端，第三输入端Vbias输入偏置电压，输出端Lenth输出与波长相关的电压信号；

所述电流-光强转换单中，输入端连所述第一电流提取放大单元第一输出端和状态控制单元的第四输出端，输出端输出与光强度相关的电压信号。

进一步，所述光电传感单元由CMOS双PN结光电二极管组成，分别为浅PN结光电二极管D1和深PN结光电二极管D2；所述浅PN结光电二极管D1与所述深PN结光电二极管D2共阴极连接，并且阴极作为该光电传感单元的第一输出端，所述浅PN结光电二极管D1阳极作为该光电传感单元的第二输出端，所述深PN结光电二极管D2阳极接地。