一种超小型体温和生物电阻抗测量装置的制造方法_2

文档序号:9335742阅读:来源:国知局
区域3为测试网络电路,区域4为主功能芯片工作电路,区域5 为供电电路,区域6为FPC连接器J1,区域7为四通道桥式体温测量电路图。
[0040] 如图3所示,本发明提供的一种超小型体温和生物电阻抗测量装置包括FPC连接 器Jl、FPC连接器J2、供电电路、四通道桥式体温测量电路、三通道生物电阻抗测量电路、 测试网络电路以及主功能芯片工作电路;FPC连接器J1、供电电路、四通道桥式体温测量电 路、三通道生物电阻抗测量电路、测试网络电路分别与主功能芯片工作电路连接,FPC连接 器J1与供电电路连接,FPC连接器J2与三通道生物电阻抗测量电路连接。
[0041] 其中,FPC连接器J1用于把外部电源接入供电电路并传输对外的数字信号,用户 可以通过其对设备供电、控制装置以及数据传输。
[0042] 供电电路用于把外部的电源转换成+3. 3V电压,以便主功能芯片工作电路正常工 作。
[0043] 测试网络电路主要用来给生物电阻抗测量提供参数,其会接受来自主功能芯片工 作电路的激励信号,然后输出反馈信号给主功能芯片工作电路进行采样。
[0044] FPC连接器J2主要负责提供与位于人体的电极片相连的接口,其内部会与三通道 生物电阻抗测量电路中的电流通道和电压通道相连。
[0045] 三通道生物电阻抗测量电路主要负责进行人体的生物电阻抗测量,其接收来自主 功能芯片工作电路的激励信号,并通过FPC连接器J2送入人体,然后接收来自人体的反馈 信号,并将其送至主功能芯片工作电路进行后续处理。
[0046] 四通道桥式体温测量电路主要负责人体体温温度的测量,其接收来自主功能芯片 工作电路的VLD0激励信号,同时其内部的温度传感器在与人体接触后输出一个反馈信号 到主功能芯片工作电路中进行后续处理。
[0047] 主功能芯片工作电路包括调制电路、解调电路、数字电路、内部两级放大电路以及 ADC;调制电路产生激励信号,为其他电路提供输入信号;解调电路对其他电路的输出信号 进行解调,然后把解调后的信号送至ADC进行模数转换;内部两级放大电路放大四通道桥 式体温测量电路输出的信号,然后送至ADC进行模数转换;ADC采样过后得到的16bit数据 通过数字电路部分传输至FPC连接器J1。
[0048] 如图4所示,FPC连接器J2为一个20pin的0. 5mm脚间距的FPC连接器。用户可 以通过该接口把位于人体的电极片与装置相连,从而进行生物电阻抗的测量。J2各脚定义 为:3脚、4脚、7脚、10脚、11脚、14脚、17脚以及20脚为GND;1脚为I0UT5 ;2脚为I0UT4 ; 5脚为I0UT3 ;6脚为I0UT2 ;8脚为I0UT1 ;9脚为I0UT0 ;12脚为IN5 ;13脚为IN4 ;15脚为 IN3 ;16 脚为IN2 ;18 脚为IN1 ;19 脚为IN0。
[0049] 其中,I0UT5和I0UT4通过导线与位于人体的2个电极片相连,构成第三生物电阻 抗测量通道中的电流通道;IN5和IN4通过导线与位于人体的2个电极片相连,构成第三生 物电阻抗测量通道中的电压通道。I0UT3和I0UT2通过导线与位于人体的2个电极片相连, 构成第二生物电阻抗测量通道中的电流通道;IN3和IN2通过导线与位于人体的2个电极 片相连,构成第二生物电阻抗测量通道中的电压通道。I0UT1和I0UT0通过导线与位于人体 的2个电极片相连,构成第一生物电阻抗测量通道中的电流通道;IN1和IN0通过导线与位 于人体的2个电极片相连,构成第一生物电阻抗测量通道中的电压通道。其余管脚与屏蔽 线相连,为信号质量提供保障。
[0050] 如图5所示,FPC连接器J1为一个20pin的FPC连接器。用户通过该接口给装 置供电、与装置进行通信以及测量装置工作状态。J1各脚定义为:20脚和19脚为VLD0输 出;18脚、17脚、16脚和15脚为VCC_IN输入;14脚、13脚、12脚和11脚为电源地;10脚接 XTAL1的3管脚,为CLK输出;9脚置空;8脚接U1芯片的51管脚,为AUX2输入;7脚接U1 芯片的15管脚,为AUX1输入;6脚接U1芯片的53管脚,为RESET输入;5脚接U1芯片的 54管脚,为CS输入;4脚接U1芯片的56管脚,为D0UT输出;3脚接U1芯片的57管脚,为 DIN输入;2脚接U1芯片的58管脚,为SCLK输入;1脚接U1芯片的59管脚,为DRDY输出。
[0051] 其中,通过J1上的VCC_IN输入和电源地,用户可以给装置提供电源。VLD0输出 可以给外部设备提供+1.7V的电压。CLK输出可以用来检测装置工作时钟的频率。用户可 以通过给AUX1和AUX2输入一个已知的外部电压然后进行采样,用来检测装置工作状态。 RESET输入为整个装置的复位信号线;CS输入为SPI协议中片选信号线;D0UT输出为SPI 协议中数据输出信号线;DIN输入为SPI协议中数据输入信号线;SCLK输入为SPI协议中时 钟信号线;DRDY输出为装置采样完成标志信号线。用户可以通过这些信号线与装置进行通 信,从而对装置进行控制、读取数据。
[0052] 如图6所示,为了给装置提供高质量的+3. 3V工作电压,供电电路使用U2芯片 TLV71333为装置供电。U2芯片的1脚接VCC_IN输入,同时1脚与电源地之间接入电容Cl达到滤除输入电源中噪声的作用;2脚接电源地;3脚接VCC_IN输入,达到使能U2芯片的作 用;4脚置空;5脚为电源输出AVDD,5脚与GND之间接入电容C2达到滤除输出电源中噪声 的作用;同时,5脚与电阻R52相连,R52另一端与AVDD相连,AVDD为后续电路所需的+3. 3V 电压,而R52起到限流的作用;电源地与GND之间串联电阻R51,该电阻起到为两种地提供 回路,同时降低地噪声的作用。本装置使用的供电电路输出电压为+3. 3V,输出电流最大为 150mA,电源噪声峰峰值不超过lmV。
[0053] 体温指机体深部的平均温度,有深部温度(胸腹腔、脏器和脑的温度)及表层温 度(体表温度)之分,它是反映人体健康状况的重要指标之一,其准确性直接影响到疾病的 诊断、治疗和护理。由于深部温度不易测试,临床上通常用腋窝、口腔、直肠等处温度来代 表机体体温。体温的常规测量手段主要为:接触式测量方法和非接触式测量方法。根据这2 种方法,常规的体温计由分为:玻璃内汞温度计、温差电偶温度计、热敏电阻温度计以及红 外线体温计。本发明在现有的技术基础上进行改进,选用了MF51E测温型NTC热敏电阻器 作为传感器来进行体温测量。该传感器体积小、阻值精度高,最高分辨率可达〇.ore,同时 反应灵敏,在1. 5秒内即可完成阻值变化。使用本装置进行体温测量,只需2秒钟即可完成 体温数据的采集。误差不超过±〇.〇5°C。
[0054] 如图7所示,四通道桥式体温测量电路的每个体温测量通道前端均有一个桥式电 阻电路,每个桥式电阻电路均包括3个1 %。精度51K阻值的电阻与一个MF51E型NTC热敏电 阻器,与MF51E型NTC热敏电阻器并联的电阻实际并未焊接。每个桥式电阻电路正负输出 端都分别接有1阶的RC滤波电路,以便滤除输出信号内的高频噪声。
[0055] 在第一体温测量通道中,电阻R13和电阻R11串联,电阻R31和MF51E型NTC热敏 电阻器SENS0R1并联然后与电阻R12串联,接着2个串联电路并联,并联之后一端接VLD0, 另一端接GND。R13和R11的连接点即为桥式电路的正端输出,把其与电阻R14、电容C15 串联至GND;同时,R14与C15连接点为INP1输入,与U1芯片的2脚相连。R12和热敏电阻 SENS0R1的连接点即为桥式电路的负端输出,把其与电阻R15、电容C16串联至GND;同时, R15与C16连接点为I匪1输入,与U1芯片的3脚相连。另外,INP1输入和I匪1输入之间 串联电容C14。
[0056] 在第二体温测量通道中,电阻R18和电阻R16串联,电阻R32和MF51E型NTC热敏 电阻器SENS0R2并联然后与电阻R17串联,接着2个串联电路并联,并联之后一端接VLD0, 另一端接GND。R18和R16的连接点即为桥式电路的正端输出,把其与电阻R19、电容C18 串联至
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