一种用于脑电检测的数据汇集电路.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102551709 A (43)申请公布日 2012.07.11 CN 102551709 A *CN102551709A* (21)申请号 201210033872.9 (22)申请日 2012.02.15 A61B 5/0476(2006.01) (71)申请人 南京伟思医疗科技有限责任公司 地址 210012 江苏省南京市雨花台区软件大 道 48 号苏豪国际广场 A 幢二层 B 区 申请人 南京伟思瑞翼电子科技有限公司 (72)发明人 花怀海 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32204 代理人 柏尚春 (54) 发明名称 一种用于。

2、脑电检测的数据汇集电路 (57) 摘要 本发明公开了一种用于脑电检测的数据汇集 电路， 包括， 主时钟、 时序逻辑电路、 汇集总线、 锁 存 / 串行移位寄存器和若干个缓冲门 ； 每条分路 分别将采样的同步数据送到一个缓冲门 ； 所述时 序逻辑电路基于所述主时钟， 按照帧结构的要求， 在不同的时刻从不同路的门控信号线上送出门控 信号， 控制对应的缓冲门打开， 将该分路的同步数 据送到汇集总线上 ； 每条分路上的同步数据被送 到汇集总线后， 所述时序逻辑电路都向所述锁存 / 串行移位寄存器送出锁存信号将同步数据装入 所述锁存/串行移位寄存器中， 所述锁存/串行移 位寄存器在串行时钟的控制下将装入。

3、的数据以串 行的方式输出形成高速数据流。本发明汇集电路 满足了脑电检测装置工作的需要。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1 页 2 1. 一种用于脑电检测的数据汇集电路， 其特征在于包括， 主时钟、 时序逻辑电路、 汇集 总线、 锁存 / 串行移位寄存器和若干个缓冲门 ； 每条分路分别将采样的同步数据送到一个 缓冲门 ； 所述时序逻辑电路基于所述主时钟， 按照帧结构的要求， 在不同的时刻从不同路的 门控信号线上送出门控信号， 控制对应的缓冲。

4、门打开， 将该分路的同步数据送到汇集总线 上 ； 每条分路上的同步数据被送到汇集总线后， 所述时序逻辑电路都向所述锁存 / 串行移 位寄存器送出锁存信号将同步数据装入所述锁存 / 串行移位寄存器中， 所述锁存 / 串行移 位寄存器在串行时钟的控制下将装入的数据以串行的方式输出形成高速数据流。 2.根据权利要求1所述的用于脑电检测的数据汇集电路， 其特征在于， 共有70条分路， 每条分路采样的同步数据精度为 24bit ； 所述汇集总线为 24bit ； 所述主时钟为 24MHz。 权 利 要 求 书 CN 102551709 A 2 1/3 页 3 一种用于脑电检测的数据汇集电路 技术领域 0。

5、001 本发明涉及一种用于脑电检测的数据汇集电路， 将多路高速的数据流按照一个定 义好的数据格式 （帧结构） ， 汇集成一路更高速的数据流， 以便于传输和方便与计算机进行 连接。 背景技术 0002 随着现代医学诊断技术的发展， 近几年人们开始对人类大脑思维活动所产生的生 物电活动 （即事件相关电位） 进行检测和研究， 这就对采集脑电信号的频带要求越来越宽， 而且脑电信号往往要求多通道同时采集， 每个通道带宽最高达到02000Hz， 这就要求每个 通道的采样频率至少要达到 4KHz 以上。 0003 对于微弱的脑电信号， 往往是伴随着大得多的干扰信号同时存在， 将脑电信号放 大同时也不可避免将。

6、干扰信号放大。对于微伏级的脑电信号， 要想在 16 位以下的采样系统 中分辨清楚就必须至少放大 1000-10000 倍， 而这样干扰信号又会使放大器饱和。这对矛盾 在常规的放大器中难以解决。有效的解决方案就是减小放大倍数同时提高 AD 转换的精度， 经过计算采用 24 位的转换精度， 放大倍数只要 5-10 倍就能满足要求。大的干扰信号可以 在采样进来 AD 转换后通过数字滤波的办法来去除。但是， 提高采样精度又带来新的问题 ； 现有的高精度 AD 采样芯片大都是型的， 它是通过用过采样的办法牺牲采样率来实 现高精度的， 因此采样率不高。 0004 常规数字化脑电图仪是将由电极线引入的多路脑。

7、电信号先分别进行模拟放大和 滤波， 然后经过模拟开关的分时切换， 形成一路模拟信号进行 AD 转换， 再把转换后的数据 通过各种通讯介质传送到计算机中进行处理。对于每个通道 4K Hz 的采样率， 即使按照 16 个通道计算， 一片AD转换器的采样率也要达到64KHz， 这对于24位精度的型AD转换 器是无法做到的。关键在于型 AD 转换器在进行高精度转换时， 要求输入的模拟信号 必须是同一路连续不断的， 不能经过开关的切换。 0005 因此现有的常规数字化脑电图仪并没有同时解决好对多路脑电信号进行宽带宽 （02000Hz） ， 高精度 （24 位） ， 高采样率采样的问题。 0006 发明人。

8、为了解决上述问题， 发明了一种新型的脑电检测装置， 如图 1 所示， 包括前 置放大电路、 抗混叠滤波电路、 AD 转换器和分析用计算机， 前置放大电路、 抗混叠滤波电路 和AD转换器分别有若干个， 其中每一个前置放大电路、 一个抗混叠滤波电路和一个AD转换 器依次连接分别构成一条采样和模数转换电路， 若干条采样和模数转换电路并联连接， 形 成若干路数据流， 先分路进行高频率采样和高精度 AD 转换 ； 再通过一个高速数据汇集电路 将各分路转换好的数据流按照一定的帧结构汇集成一条高速数据流， 经过数据传输电路送 到分析用计算机进行分析和处理。 采用该技术的脑电检测装置可以满足对多路脑电信号同 。

9、时进行高速率 （10 KHz 每通道） ， 高精度 （24bit） 采样的要求。从而使该装置具有稳定性好， 抗干扰能力强， 频带范围宽等特点， 可以应用到事件相关电位的分析领域。 由于该脑电检测 技术是对多路脑电信号分别进行高速采样和高精度 AD 转换。因而会同时产生多路高速的 说 明 书 CN 102551709 A 3 2/3 页 4 数据流。 这些大量的多路数据必须按照一定的数据格式形成一路更高速度的数据流才可以 方便地输入计算机进行处理。 发明内容 0007 发明目的 ： 本发明的目的在于针对发明人设计的脑电检测装置， 提供一种能够让 多路数据汇集成一条高速数据流的数据汇集电路。 00。

10、08 技术方案 ： 本发明所述的用于脑电检测的数据汇集电路， 包括主时钟、 时序逻辑电 路、 汇集总线、 锁存 / 串行移位寄存器和若干个缓冲门 ； 每条分路分别将采样的同步数据送 到一个缓冲门 ； 所述时序逻辑电路基于所述主时钟， 按照帧结构的要求， 在不同的时刻从不 同路的门控信号线上送出门控信号， 控制对应的缓冲门打开， 将该分路的同步数据送到汇 集总线上 ； 每条分路上的同步数据被送到汇集总线后， 所述时序逻辑电路都向所述锁存 / 串行移位寄存器送出锁存信号将同步数据装入所述锁存 / 串行移位寄存器中， 所述锁存 / 串行移位寄存器在串行时钟的控制下将装入的数据以串行的方式输出形成高速。

11、数据流。 0009 为了配合脑电检测装置的使用， 本发明汇集电路中共有 70 条分路， 每条分路采样 的同步数据精度为 24bit ； 所述汇集总线为 24bit ； 所述主时钟为 24MHz。 0010 有益效果 ： 本发明汇集电路将各分路转换好的数据流按照一定的帧结构汇集成一 路高速的数码流， 以便于光纤传输和通过 USB 接口方便与计算机进行连接， 满足了脑电检 测装置工作的需要。 附图说明 0011 图 1 为脑电检测装置的结构示意图。 0012 图 2 为本发明用于脑电检测的数据汇集电路结构示意图。 具体实施方式 0013 下面对本发明技术方案进行详细说明， 但是本发明的保护范围不局。

12、限于所述实施 例。 0014 实施例 ： 将本发明数据汇集电路用于脑电检测装置中。 0015 如图 1 所示， 脑电检测装置， 包括前置放大电路、 抗混叠滤波电路、 AD 转换器和分 析用计算机， 所述前置放大电路、 抗混叠滤波电路和 AD 转换器分别有 70 个， 其中每一个前 置放大电路、 一个抗混叠滤波电路和一个 AD 转换器依次连接分别构成一条采样和模数转 换电路， 70 条采样和模数转换电路并联连接， 形成 70 路数据流， 再通过一个高速数据汇集 电路汇集成一条高速数据流经过数据传输电路送到分析用计算机进行分析和处理。 所述数 据传输电路采用光纤隔离和 USB 接口的方式接入分析用。

13、计算机。 0016 前置放大电路 ： 脑电信号首先通过贴在人体头皮上的电极引入到前置放大电路， 伴随着脑电信号会有很多干扰和伪迹， 这些无用信号往往比有用的脑电信号大几百甚至上 千倍。这就要求前置放大器既能放大脑电信号又有抑制干扰信号的能力。因此采用高共 模抑制比和高输入阻抗的仪表放大器 AD620。为了不让干扰信号将放大器饱和， 放大器处 于低增益状态下应用， 放大倍数控制在 5-10 倍。这样可以使输入信号的动态范围扩大到 300mV。 说 明 书 CN 102551709 A 4 3/3 页 5 0017 抗混叠滤波电路 ： 为了使后面的 AD 转换器电路工作在 10 KHz 采样率下满。

14、足抽样 定理的条件， 必须限制输入到 AD 转换器电路信号的频率范围。本实施例采用了一个二阶低 通有源滤波电路， 将输出信号的频带限制到 0 2000Hz。 0018 AD 转换器 ： 本实施例采用高精度的 AD 转换器来满足分辨微伏级信号的要求， 每路 各采用一片低成本高精度的型 AD 转换器 ADS1251 来进行模数转换。这样就避免了 模拟信号的通道间切换给型 AD 转换器带来的致命影响， 因此每一路的采样率达到 10 KHz。 0019 高速数据汇集电路 ： 采用本发明结构， 如图 2 所示， 将多路转换好的数据汇集成一 路高速的数据流， 同时插入同步信息， 以便于电脑收到数据后进行通。

15、道的区分。 从各分路AD 转换器采样的 24bit 数据分别被送到一个缓冲门， 该缓冲门可在门控信号的控制下分别将 24bit数据送到24bit汇集总线上。 时序逻辑电路按照帧结构的要求， 在每帧的开始先从门 控信号 0 送出控制信号将缓冲门打开， 将同步数据送到汇集总线， 然后时序逻辑电路送出 锁存信号将数据装入锁存 / 串行移位寄存器中， 锁存 / 串行移位寄存器在串行时钟的控制 下将装入的数据以串行的方式高速输出。此后， 在不同的时刻从不同路的门控信号线上送 出门控信号， 控制对应路的缓冲门打开， 将该路的采样数据送到汇集总线上， 然后时序逻辑 电路送出锁存信号将数据装入锁存 / 串行移。

16、位寄存器中， 锁存 / 串行移位寄存器在串行时 钟的控制下将装入的数据以串行的方式高速输出。这样就形成了一路高速的数据流。以便 于光纤传输和通过 USB 接口方便与计算机进行连接。所有的控制信号都是基于一个 24MHz 的主时钟。 0020 光纤接口 ： 根据国家对医疗器械强制性标准的要求， 与患者接触的电极和网电源 之间的隔离电压必须要达到 4500 伏特以上。本发明在放大器和电脑之间采用光纤传输数 据使得隔离电压可以远大于国家标准的要求。 0021 USB 接口 ： 本实施例采用高速 USB2.0 接口电路， 实现电脑采样数据的接收和控制 命令的下发。 0022 如上所述， 尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明， 但其不得解释 为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下， 可对 其在形式上和细节上作出各种变化。 说 明 书 CN 102551709 A 5 1/2 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102551709 A 6 2/2 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 102551709 A 7 。