[发明专利]具有电容差分电路和数字Σ-Δ反馈的ADC

说明书

本公开涉及具有电容差分电路和数字Σ‑Δ反馈的ADC。提供低功率高精度混合信号模数转换器，用于在存在大干扰信号的情况下处理生物信号以用于无线电患者监测；电容差分电路通过差分模拟反馈回路信号和输入信号来产生模拟差分信号；模数转换器∑‑Δ产生差分信号的数字版本；数字反馈回路包括数字积分器和电容数模转换器，被配置为基于差分的数字版本产生模拟回路反馈信号。

本申请是申请日为2017年10月25日、申请号为20171103186.7、发明名称为“具有电容差分电路和数字Σ-Δ反馈的ADC”的发明专利申请的分案申请。

背景技术

生物信号是指示患者的生理状态如血压、呼吸和心跳的电子信号。现代医院病人监护系统朝向无线环境移动，其中患者佩戴一个或多个将生物统计数据信号无线地传送到位于患者附近的数据处理系统的设备。患者佩戴一个或多个面向电力的传感器装置，其将数据无线地传送到诸如护士站之类的聚合器。这些穿戴式设备使医院工作人员可以远程监测患者生命体征。这样的无线系统例如导致更少的感染病例、更好的安全性、在工作场所中更少的布线、更少的布线冗余工作、减少患者的烦恼、改善患者的移动性。

发明内容

提供低功率高精度混合信号模数转换器系统，用于在存在大干扰信号的情况下处理生物信号以用于无线电患者监测。

在一个方面中，模数转换系统，包括电容差分电路，通过差分模拟反馈回路信号和输入信号来产生模拟差分信号。∑-Δ产生差分信号的数字版本。数字反馈回路包括数字积分器和电容数模转换器，被配置为基于差分信号的数字版本产生模拟回路反馈信号。

在另一个方面中，模数转换器系统包括电容差分电路，耦合以接收模拟输入信号和接收模拟反馈信号，并且产生表示它们差分的模拟差分信号。电容放大器电路建立以接收模拟差分信号并提供放大的模拟差分信号。Σ-Δ模数转换器基于放大的模拟差分信号耦合以产生数字输出信号。数字积分器电路耦合以接收数字输出信号并产生数字积分信号。电容数模转换器(DAC)基于数字积分信号耦合以产生模拟回路反馈信号。

附图说明

图1是示出与患者腹部接触的电ECG引线的示意图、以及耦合在引线上接收的监视器生物信号的生物监测模拟前端(AFE)的功能框图。

图2依照一些实施方案是示意性电压对频率的图，其中y轴表示ECG信号和多个示例性干扰信号的示例电压，并且x轴表示信号频率范围。

图3依照一些实施方案是表示图1的生物监测系统的单个变换器电路的示意性电路图。

图4是示意性电压对频率的图，其中y轴表示包括示例生物信号的示例输入信号和大干扰信号的示例，并且x轴表示信号频率范围。

图5是示出图4的电容增益放大器中并入电容DAC的某些部件的示意性电路图。

图6依照一些实施方案是表示包括量化器的第二Σ-Δ电路的示意性电路图。

图7依照一些实施方案是表示包括第一阶数字Σ-Δ量化器的第三Σ-Δ电路的示意性电路图。

具体实施方式

感兴趣的信号通常与多个干扰信号一起接收。具有固定信号的模数转换器(ADC)Σ-Δ反馈回路在从模数域转换诸如生物信号的感兴趣信号的过程中去除了主要的干扰信号。Σ-Δ接收感兴趣的信号和干扰信号作为输入。该电路产生反馈信号以取消干扰源。电容差分电路在一个实施例中接收输入信号和反馈信号并提供感兴趣的干扰信号。使用电容DAC和放大器去除干扰源可以实现高精度的信号处理。

心电图(ECG)信号是指示心脏活动的生物信号。心电图是使用放置在皮肤上的电极在一段时间内记录心脏的电活动的过程。这些电极检测由每个心跳期间心脏肌肉的去极化电生理模式引起的皮肤微小的电变化。使用放置在人体上不同位置的引线，从多个不同的角度测量心电位的总体幅度，并在一段时间(通常为10秒)内记录。对于训练有素的临床医师，ECG不仅传递大量的信息，而且可以传达心脏的结构，而且还传达其导电系统的功能。