多时隙多通道光电传感控制芯片的制作方法

本发明涉及数模混合电路，特别涉及一种多时隙多通道光电传感控制芯片。

背景技术：

1、光电传感的原理是将光信号转化为电信号，光电传感芯片中集成有光电传感结构以及与光电传感结构连接的信号处理电路，随着集成电路低功耗和高度集成技术的出现，光电传感芯片越来越趋向于多功能多通道发展。

2、现有技术中的多通道传感器电路和多路adc前端检测电路往往功能单一、面积浪费、集成度低、高功耗，难以满足硬件并行处理和数据的内部硬件自动控制和数据处理，作为通用ip难以实现的可移植的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多时隙多通道光电传感控制芯片，以解决背景技术中的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种多时隙多通道光电传感控制芯片，并行进行相应收发链路光信号的产生、光信号经过人体组织后转电信号并接收、相应电信号同时进行多通道处理和运算、相应信号的滤波处理和信号自动累加的数据处理和存取；

3、所述多时隙多通道光电传感控制芯片包括：

4、多通道光电传感模拟前端，用于光电信号检测、adc数据转化并提供有效的数据转换完成信号；

5、两路adc转换模块，实现ppg和ecg相结合测量心率、以及同时实现两路电信号的检测和转换；

6、逻辑控制模块，实现多时隙多通道的不同模拟信号转换连接、数字数据不同通道的滤波和累加处理和控制，根据内部状态机时序控制积分器进行正积分和负积分功能脉冲，并按积分次数需求控制积分器进行相应次数积分，并输出到所述两路adc转换模块；

7、光电传感模块，通过寄存器配置实现单一通道检测、多通道同时检测，根据硬件配置使能的通道进行顺序adc转换和数据轮询扫描、根据配置进行相应的低通道滤波算法处理、以及根据寄存器配置的累加功能使得部分时隙实现包括累加、累加求平均、自动减在内的算法；

8、时钟产生和处理模块，根据芯片当前工作状态获取到的工作状态参数，生成低功耗运行控制信号，控制相应内部模拟电路电源、时钟工作在低功耗模式。

9、在一种可实现的实施方式中，所述光电传感模块使用单端输入模式时，光电输入in端口与多个光电感应器件通过switch开关进行选择连接；所述光电传感模块选择单端或差分模式连接复用，通过寄存器配置连接关系进行跨阻放大器的正负两端的连接选择；

10、所述光电传感模块设有中断向量和中断标志位；所述光电传感模块通过测量光电感应器件输入到跨阻放大器的电流信号大小来感应量化接收到的光信号；所述光电输入in端口和ecg电极配置为模拟管脚，其输入直接连接到内部模拟接收通道。

11、在一种可实现的实施方式中，当配置为ecg和ppg同时工作模式，所述时钟产生和处理模块产生相应控制ecg和ppg逻辑时序的工作时钟模式，并配置两路adc转换模块的基础偏置和电源参考信号，根据配置的工作模式对模拟前端中的电信号进行收集和检测，并完成相应数据的处理和生成运行状态机的控制信号。

12、在一种可实现的实施方式中，在只配置ppg光电通路工作时，当其进入休眠模式，高频时钟、光电收发链路的模拟电源关闭，内部计数时钟的频率采用低速32k时钟工作；所述光电收发链路进入休眠模式后无需mcu或逻辑控制模块进行控制，内部低速状态机周期性计数完成后自动将其从休眠模式中唤醒，开启新的周期检测。

13、在一种可实现的实施方式中，所述逻辑控制模块包括状态控制处理模块和寄存器读写配置模块；

14、所述状态控制处理模块用于产生模拟前端的电源、时钟、复位信号，以及内部逻辑自动运行的模式检测，状态机控制休眠模式下的低功耗状态进行相应内部电源、时钟控制处理后进入低功耗状态并产生相应模块运行的开关控制信号；其中，内部逻辑自动运行的模式检测是根据寄存器配置的周期性检测和休眠而进行；

15、所述寄存器读写配置模块根据配置的运行模式、多时隙多通道的发送链路led电流驱动控制、接收链路相应模块的使能和通道配置、以及积分次数和adc转换次数模式的控制来配置寄存器。

16、在一种可实现的实施方式中，所述内部状态机根据配置寄存器值进行相应多时隙多通道的检测和转换之后，根据配置的时间周期生成低功耗运行控制模式，控制时隙运行功能和休眠模式内部计数时钟以低速时钟进行计数。

17、在一种可实现的实施方式中，所述逻辑控制模块产生ppg光电收发链路的时序控制，逻辑控制产生模拟前端中跨阻放大器的运行和使能信号、以及控制模拟前端中抗混叠滤波器进行dc偏移消除和环境背景光信号消除的模拟电信号转换使能控制信号，控制模拟电信号去噪声处理后并输出到积分器。

18、在一种可实现的实施方式中，所述逻辑控制模块还产生控制ecg进行adc转换和检测的逻辑控制信号，ecg接收模拟前端直接连接人体，通过检测两电极电压的转换值和数字逻辑处理的数据进行心电的检测测量；另外还检测在ecg直流脱落或交流脱落时需要使用的右腿驱动功能，进行ecg电极的使用特性和电压检测。

19、在一种可实现的实施方式中，所述两路adc转换模块在adc转换阶段根据逻辑控制模块产生adc运行的转换功能、相应数字内部抽取滤波器的数据处理和转换、根据配置的使能通道数进行顺序转换以及adc转换后的数据处理提取；所述逻辑控制模块产生进行滤波计算和算法处理需要的逻辑，并传输数字处理计算结果和控制fifo存取信号、相应数据检测至中断产生和处理模块；所述中断产生和处理模块用于产生控制相应运行时隙不同通道的数据存取信号和数据计算处理。

20、在一种可实现的实施方式中，所述两路adc转换模块采用高精度高性能模数转换电路和相应的插值滤波算法，转换速率仅由工作时钟决定；所述两路adc转换模块的工作时钟通过寄存器配置灵活的选择分频比，多档位配置分频系数。

21、在一种可实现的实施方式中，所述芯片还包括时钟管理模块和芯片寄存器读写配置模块；

22、所述时钟管理模块用于提供模拟和数字逻辑电路功能工作在各个模式下的基础的时钟、复位信号；

23、所述芯片寄存器读写配置模块用于配置多时隙多通道进行相应工作的控制和模式配置的信号，以及完成逻辑控制模块内部的fifo、中断寄存器的读写操作。

24、在一种可实现的实施方式中，所述时钟管理模块至少包括第一时钟高速时钟和第二时钟低速时钟；另外选择配置的输入外部时钟作为第三时钟，用于提供数字逻辑电路功能工作在各个模式下的时钟、复位、同步信号，控制模拟前端实现电路以预设频率获取adc的转换时钟以及通道转换控制的信号。

25、在一种可实现的实施方式中，所述芯片寄存器读写配置模块根据获取到的控制参数，内部逻辑控制芯片系统进入运行模式或休眠sleep模式；

26、正常模式下，所述第一时钟高速时钟和所述第二时钟低速时钟都运行；休眠模式下，所述时钟管理模块的时钟不全部运行。

27、在一种可实现的实施方式中，所述芯片还包括ecg检测和相应中断处理模块，用于产生控制运行ecg检测、数据计算及数据读出的相关信号，将输入的电极电压信号转化为传输数据并存取到fifo模块，以及脱落检测中断的产生。

28、在一种可实现的实施方式中，所述芯片还包括电源管理模块，当芯片工作在不同模式下，所述电源管理模块控制收发链接的模拟模块、数字逻辑以及fifo的内部电源管理，实现芯片系统中数字和模拟电路的基本工作电源。

29、在一种可实现的实施方式中，所述芯片作为通用的硬件ip电路集成于soc或mcu系统中，并利用mcu和soc内的cpu程序对相应多路传感器电路和数据进行相应的控制和处理。

30、本发明提供的一种多时隙多通道光电传感控制芯片，可实现多通道光电传感或多通道生物电信号及阻容的检测，能够将多通道光电信号相关控制功能、光电信号的转换和相关dc消除控制在模拟前端完成。另外，多通道模拟前端还可以同时并行进行ac信号提取和相关有效电信号完成数模转换的控制和数据计算等功能。设计的芯片电路中含有两路adc转换模块，可以同时将ppg和ecg结合起来测量心率，还可以同时实现两路电信号的检测和转换，内部硬件自动完成相应数据的处理并存取到相应fifo空间，可以通过读取相应fifo地址空间数据来完成相应数据读取和多时隙多通道的检测，内部硬件还可以设置fifo中断控制而自动进行数据信号的判断。