基于脉搏波传导时间的可穿戴血压检测芯片的算法研究与电路设计

论文摘要

血压(BP)是指心脏在进行血液循环时对血管壁产生的压力,是反应人体心血管功能的核心参数。如今高血压患者的人数在逐年增多,常规的血压检测必不可少,现有的家用电子血压计测量地点相对固定,不能实时监控血压变化,且需要借助于袖带,在便携性、实时性和舒适度均有所受限,因此研究可穿戴血压检测设备很有意义。基于脉搏波法的血压检测突破了袖带的限制,非常适合可穿戴设备,但是易受干扰,准确度有限,至今还处在探索完善的阶段,尚未进入商业领域。本文基于脉搏波法研究可穿戴血压检测芯片。首先,对多种光电容积脉搏波(PPG)信号抗干扰方式的优缺点进行分析,改进提出PPG信号的抗干扰预处理算法,即采用低通滤波算法去除高频噪声、采用加权均值滤波算法去除基线漂移、采用自相关与周期平滑滤波相结合的算法去除运动伪影,并基于单路加速PPG(APG)信号提出多重定位的脉搏波传导时间(PTT)提取算法。利用MATLAB平台对本文算法进行建模仿真,仿真结果表明本文算法具有很好的处理效果。然后,本文搭建了血压检测芯片的系统架构,根据所提出的算法设计硬件电路,并利用Modelsim进行功能仿真,利用FPGA进行原型验证,验证结果表明,本文电路测得的收缩压(SBP)误差为1.16±2.09mmHg(平均绝对误差±标准差),舒张压(DBP)误差为0.81±1.05mmHg。最后,本文基于SMIC 180nm工艺对设计的血压检测芯片进行ASIC实现,整个血压检测芯片的总面积为6279715μm~2,等效占用715229个等效逻辑门,所支持的最高时钟频率为60.6MHz,在8MHz的系统时钟下芯片消耗的动态功耗为15.5991mW,符合可穿戴设备的应用需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 研究现状
•   1.3 本文的主要工作
•   1.4 论文的组织结构
• 2 基于PTT的血压检测算法研究及软件仿真
•   2.1 基于PTT的血压检测原理
•   2.2 PPG信号特征与噪声来源分析
•   2.3 基于PTT的血压检测算法设计
•   2.4 血压检测算法的软件仿真
•   2.5 血压检测算法的仿真结果分析
•   2.6 本章小结
• 3 血压检测芯片的硬件电路设计
•   3.1 血压检测芯片的系统架构
•   3.2 血压检测算法模块的硬件电路设计
•   3.3 血压检测算法模块的数据流
•   3.4 血压检测芯片的低功耗策略
•   3.5 本章小结
• 4 血压检测芯片的仿真与验证
•   4.1 血压检测算法模块的功能仿真
•   4.2 血压检测芯片的FPGA验证
•   4.3 血压检测芯片的验证结果分析
•   4.4 本章小结
• 5 血压检测芯片的ASIC设计
•   5.1 ASIC设计流程
•   5.2 ASIC性能分析
•   5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蒋潘婷

导师: 郑朝霞

关键词: 可穿戴设备,血压,光电容积脉搏波,脉搏波传导时间,硬件电路

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,生物医学工程,无线电电子学,电信技术

单位: 华中科技大学

分类号: R318;TN911.7;TN40

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.002000

总页数: 77

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