信號提前放大在模擬波形或信號檢測、獲取和處理的應用的製作方法

2023-06-11 06:07:11 1

專利名稱：信號提前放大在模擬波形或信號檢測、獲取和處理的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及模擬波形或信號的獲取和處理，並且具體而言，涉及關於用以顯著降 低或消除模擬波形或信號檢測和獲取中的固有延遲的"信號提前"的新申請。
背景技術：
儀器依賴於模擬信號或波形的檢測、獲取和處理。獲取模擬信號或波形的過程典 型地涉及通過模擬信號傳感器的檢測、放大、轉換及後續的信號處理，其可以包括頻譜分 解，以及典型地，包括出於顯示或控制的目的的信號或數據輸出。 信號檢測和處理的延遲在執行這些功能的電子系統中是不可避免固有的。這些延 遲反過來影響隨後基於獲取的信號或波形對所獲取信號或經處理數據的使用，因為產生模 擬信號時的物理現象在信號被檢測、獲取和處理期間會繼續變化或衰減。任何控制或幹涉 必須依賴於、並在某些情況下加強、或者試圖幹涉已經發生的潛在事件，並且控制、處理或 幹涉可能不那麼有效。 由於這些模擬信號的處理延遲，因此沒有針對任何響應輸出以通過與潛在現象的 相長幹涉(constructive interference)或相消幹涉(destructiveinterference)來直接 控制、幹涉、處理或應答的可靠方法。實質上，確切地說，任何這樣的響應都是針對已經完成 和過去的某事做出的。 在這些控制、幹涉、治療或其它相關應用中使用的現有儀器典型地運作為基於最 近獲取的數據做出的推斷來調整響應輸出參數。但是，該儀器還是不能可靠地實現真實、實 時的響應，因為沒有辦法來控制施加的剌激信號的時序以確保與被檢測模擬信號或波形產 生時的現象進行合理需求的相長或相消幹涉。 一般來說，對於有效的響應幹涉處理或控制 很重要的模擬信號或波形轉換速度可以通過對這些模擬信號的早期或"在前"檢測或者對 波形檢測和處理延遲的消除或顯著降低而得到極大的提高。將"信號提前"放大應用於模 擬信號或波形的檢測可以顯著提高系統響應時間。 許多專利和專利申請以及科學出版物都討論了負群延遲("NegativeGroup Delay, NGD")。 於1994年3月1號授予Arntz的美國專利號5， 291， 156的標題為"Methodand apparatus for imparting positive phase slope to a narrowbandsignal (將正相位斜 率給予窄帶信號的方法與設備)"。該專利描述了將正相位斜率(即負群延遲)給予窄帶信 號的方法與設備其以與延遲線相反的方式來調整信號中多個頻率分量的相位。該發明還 允許在沒有電機設備或電纜交換的條件下電子地調整相位斜率的數量。給予信號的相位斜
率的量可以通過改變各個增益控制塊的增益(或衰減)來進行調整。為此，該'156專利涉及將一個信號分為兩路。第一路具有正延遲從而有負相位斜率。第二路是並行路徑，並使 用負群延遲電路來分配正相位移位，這可以補償第一路的正延遲。 於2005年6月16公布的Jelonnek等的美國專利申請號20050127996的標題 為"Arrangement for reducing non_linear distortions in an output signal of anamplifier stage (用於減少放大級的輸出信號中的非線性失真的裝置)"。該專利申請描 述了用於減少非線性信號失真的系統，該系統併入了負群延遲傳輸設備來補償與信號失真 檢測關聯的傳輸延遲，以便產生加到原始信號的誤差信號，以經由針對信號失真的並行信 號路徑來減少原始信號中的失真。該專利申請描述了一種基於"前饋原理"的與放大相關的 失真降低的系統。它被用於經由使用並行信號路徑中的負群延遲設備，利用原始信號檢測 /傳輸路徑中的預測性負延遲放大級，來減少與模擬信號轉為數位訊號相關聯的延遲，該並 行信號路徑隨後與通過主信號路徑傳播的原始信號重新組合。 其它參考文件，例如標題為"Method and apparatus for estimating Middigitizing instenteneous frequency and phase of bandpass signals (用 於 估算和數位化帶通(bandpass)信號的瞬時頻率和相位的方法和設備)"的美國專利號 6， 456， 950以及標題為"Signal processor with local signal behavior andpredictive capability (具有本地信號行為和預測能力的信號處理器)"的美國專利號6， 5S7，064可以
併入關於輸入信號特徵的早期或"預測"信息，但沒有一個併入了 "信號提前"放大器。
其它看起來相關的專利(例如美國專利號6， 466， 604、6， 222， 673、6， 081， 379和 4， 853， 933)涉及應用於雷射器的負群延遲現象以及改變產生輻射的腔體的配置的特徵。但 是，它們與本發明中描述的申請無關，本發明通過使用基於運算放大器的"信號提前"放大， 將負群延遲現象應用於恰在上述專利描述的頻譜之下的頻譜範圍中的模擬信號/波形的 檢測和處理。 同時，其它看起來相關的專利(例如美國專利號5，945，861和6， 154,079)涉 及使用負群延遲電路來偏移時鐘信號中的延遲，以及避免與這些時鐘周期相關的多鎖 (multi-locking)現象。但是，這些申請涉及時鐘脈衝而非一般化模擬信號，並且運作為偏 移時鐘信號延遲而非在時間上提前模擬信號/波形檢測。因此，這些專利族和類似的專利 與本發明中將負延遲放大應用於電子生理學接口以提高信號檢測/處理響應無關。
儘管這些較早的材料可以完成它們各自特殊的目標和需求，但到目前為止還沒有 一個提出一種提供對輸入模擬波峰的提前或"早期檢測"並在對實際輸入信號或波形的完 全檢測之前將波形傳播到數據獲取系統的模擬信號或波形檢測、獲取和處理系統。

發明內容
考慮到上述情況，本發明的一個目標是提前模擬信號檢測和響應的場(field)。
本發明的另一個目標是提供一種模擬波形信號檢測/數據獲取系統，其併入了基 於負群延遲現象的"信號提前"放大器。 本發明的另一個目標是提供一種模擬波形信號檢測/數據獲取系統，其可以顯著 提高用於與被檢測的模擬波形或信號相關的各種控制、幹涉、抑制、加強、提高、報警、處理 和響應過程的儀器和設備的性能。 本發明的另一個目標是提供一種模擬波形信號檢測/數據獲取系統，其可以提供
6可靠的方法來研究或執行所施加的剌激響應或信號與在時間上被提前的模擬信號或波形
產生時的生理過程或其它過程之間的加強(reinforcement)(負向或正向)。 本發明的另一個目標是提供一種模擬波形或信號檢測/數據獲取系統，其可以通
過控制施加的剌激信號或其它響應輸出的時序來可靠地實現真實、實時的響應，以保證與
被檢測模擬波形或信號產生時的實際過程的實時相長或相消幹涉，所述波形或信號包括但
不限於實際的生理響應。 本發明的另一個目標是提供一種能夠顯著提高電子生理學和神經治療應用的範 圍的模擬波形信號檢測/數據獲取系統，所述應用例如EMG、EKG、脊髓X線照片、EEG控制剌 激、神經反饋(主動或被動)和其它神經療法。 本發明的另一個目標是提供一種模擬波形信號檢測/數據獲取系統，其能夠提供 新的研究工具來研究模擬信號或波形產生時的機制，包括廣泛的生理學和電子生理學機 制。 本發明的另一個目標是提供一種模擬波形信號檢測/數據獲取系統，其能夠提高 大腦_計算機接口的響應時間和性能。 本發明的另一個目標是提供一種模擬波形信號檢測/數據獲取系統，其能夠產生 用於模擬信號或波形的有效和可用的時間信號提前，該模擬信號或波形具有典型的電子生 理信號或波形的頻譜內容。 本發明的另一個目標是提供一種模擬波形信號檢測/數據獲取系統，其能夠為大 範圍的被轉換模擬信號或波形產生用於模擬信號或波形的有效和可用的時間信號提前，該 被轉換模擬信號或波形表示出於幹涉或控制目的的身體測量。 本發明的另一個目標是提供一種模擬波形信號檢測/數據獲取系統，其能夠為大 範圍的模擬信號或波形產生用於模擬信號或波形的有效和可用的時間信號提前，以控制產 生模擬信號的系統，該模擬信號能夠被應用於各種過程。 本發明的另一個目標是提供一種模擬波形信號檢測/數據獲取系統，其能夠產生 用於模擬信號的有效和可用的時間信號提前，其中信號或波幅的改變表示從"真"到"假"或 從"假"到"真"的二進位狀態轉變。 為了滿足這些及相關的目標，本發明給出了負群延遲帶通放大的獨特實施方式和 使用。其優選實施例被應用於模擬波形信號檢測、獲取和處理。模擬波形信號檢測/數據 獲取系統將負群延遲帶通放大併入模擬波形信號檢測、獲取和處理中。其結果是用於模擬 波形信號的有效和可用的信號提前，特別是具有頻譜的較低端的頻譜內容的那些模擬波形 信號。該可用的信號提前即使不能消除但至少能夠減少信號處理延遲，因此具有控制系統、 科學、醫學和研究的廣泛應用。


圖1 一般地描述了獲取模擬信號或波形的過程，其典型地涉及通過模擬信號轉 換、放大、變換(包括但不限於模數變換)的檢測及隨後的信號處理。它可以包括頻譜分解 及典型的出於顯示或控制目的的信號或數據輸出。 圖2 —般地描述了將"信號提前"放大應用於模擬信號或波形的檢測，並由此顯著 提高系統響應時間。
圖3描述了使用高斯脈衝和正弦曲線作為輸入波形的簡單電子電路的輸出到輸 入的關係，其中輸出波峰在輸入的波峰之前。 圖4示出了這種表現該反直觀(counter-intuitive)響應的運算放大器電路的最 簡單形式，該電路由具有無源線性反饋迴路構成的單級運算放大器構成，該迴路包括電阻、 電容和/或電感組件。 圖5示出了群速度，即脈衝/波形的速度。 圖6示出了由運算放大器、兩個電阻器和兩個電容器構成的簡單電路，其表現出
特定頻譜帶(正好在放大器的特徵頻率之下的頻率)上的負群延遲屬性。 同7示出了 "信號提前"放大器電路，其包括電感、電阻和電容組件。 圖8示出了與前面圖7中的電路類似的電路，並且該電路通過由於使用了不同的
電阻器、電容器和電感器值而表現出不同傳輸函數的每一級級聯。 圖9描述了信號提前放大器的增益、相位和群延遲特徵，其中負群延遲在特定頻 譜範圍內相對固定。上面的圖描述了放大器相對於頻率的增益。注意該增益在高達200Hz 的頻譜帶都是相對固定的，該頻譜帶低於且接近於放大器電路的兩個特徵頻率的較低端。 中間的圖(相位對頻率)表示高達近200Hz的正的且相對線性的相位響應。第三個圖描述 了相對於頻率的群延遲。群延遲被定義為相位相對於頻率的變化率的負數，並可以在數學 上表示為[T(") =-S W(")/S "](以時間為單位)。 圖10示出了怎樣通過在有限的頻譜範圍內級聯多個負群延遲放大級(由於伴隨
但可接受的信號失真，因此以有限的方式)來提高波形提前的持續時間。 圖11示出了窄"信號提前"放大器的並行陣列，其中"信號提前"放大器的一些帶
被級聯。放大器的並行陣列可以被配置為產生更為線性的輸出-輸入響應，其反過來可以
產生在感興趣的特定頻譜範圍上信號在時間上的提前。
具體實施例方式
現代儀器依賴於模擬信號的檢測、獲取和處理。用來獲取和處理這些信號的技術 的性能在過去20年中有了很大的提高，但儘管有這些進步，現有的系統在實際產生待檢測 的模擬波形和對所獲取的數據響應的能力之間還是存在不可避免的固有延遲，雖然很小 (有些是微秒的數量級)。 近年來，在相對簡單的電子電路中表現出負群延遲(NGD)現象，並被表現為在時 間上提前高斯脈衝、正弦波形和由多個疊加的正弦分量組成的複雜模擬波形。圖3描述了 這樣的使用高斯脈衝和正弦曲線作為輸入波形的電路的輸出到輸入的關係，其中輸出波峰 在輸入的波峰之前。注意到輸出波形相對於輸入的失真，其中輸出被稍微"傾斜"到左側， 表示引入了更高的頻率分量。在有限的頻譜帶中，該失真是可忽略和線性的，從而有利於對 於提前的模擬信號必須真實反映輸入信號的特性的應用數位化地對失真進行算法移除。
表現出反直觀(counter-intuitive)響應的這種運算放大器電路的最簡單形式 由具有無源線性反饋迴路的單級運算放大器構成，該迴路包括電阻、電容和/或電感組件。
典型地，經過無源線性電路的電磁信號或波形將表現出正延遲。但是，高增益運算 放大器運作為最小化施加到反相(_)和非反相(+)輸入的信號之間的差異。為了滿足該功 能需求，運算放大器提供了具有負群延遲的信號作為其輸出，以將施加到反相(_)輸入的
8無源線性電路偏移正群延遲。為此，負反饋電路產生輸出脈衝，該輸出脈衝的波峰在輸入脈 衝的波峰到達輸入之前退出電路的輸出。 將傳輸函數反相(invert)的運算放大器結構並非沒有先例。負阻抗轉換器作用 為使電阻負載像一個負的負載那樣工作。迴轉器(gyrator)電路將阻抗變換(invert)使 得電容像電感那樣工作。 乍一看，這些電路的行為看起來似乎與物理規律矛盾，因為其結果表明被提前的 信號傳播是超光速的。但是，電磁傳播事實上有五個速度來進行特徵化波前速度(front velocity)(突然的信號中斷速度，例如，突然開啟或關閉的信號)；群速度(脈衝/波形 的速度)、相位速度、能量傳輸速度及最後的，假定的信號速度。儘管波前速度不能超過光 速，但是"…the groupvelocity…can be greater than the velocity of light c， can be infinite and evennegative !(…群速度…可以大於光速c，可以是無限甚至是負 的！ ) "[Bri 1 louinL，波傳播和群速度，學院出版社，紐約，1960]。為此，在輸出處檢測電磁 脈衝或波形可以先於輸入處的檢測。在信號波前與群波形的檢測之間的時間間隔期間，電 磁能量開始通過電路傳播。但是，這些初始的微擾直到振動達到足夠的量級才能被檢測到。 但是，在任何模擬波形的早期部分存在足夠的信息，以使用高增益運算放大器來再現時間 上被提前的波形。 因此，電磁波形的輸出(群速度)可以相對於輸入被提前——但它不能超過波前
速度，並由此為群速度提前建立了理論上限。此外，在許多實驗中已經研究了關於"超光速"
的問題，在這些實驗中輸入信號被突然中斷，在"提前的"輸出波形中引起同時發生的(未
提前的)中斷和信號斷裂，這表現了輸入和提前的輸出波形之間的因果關係。 在圖6中示出了由運算放大器、兩個電阻器和兩個電容器構成的簡單電路，其表
現出在特定頻譜帶範圍(正好在放大器的特徵頻率之下的頻率)上的負群延遲屬性。對於
該電路，定義為輸出信號/輸入信號的傳輸函數(T")被如下定義formula see original document page 9
其中，T二CR，a二C' /C， b = R' /R 圖7中示出的"信號提前"放大器電路包括電感以及電阻和電容組件。電路分析 產生下列傳輸函數 formula see original document page 9 與前面的電路類似的電路(圖8)通過由於使用了不同的電阻器、電容器和電感 器的值而表現出不同傳輸函數的每一級級聯。通過改變這些組件的值，多級"信號提前"放 大器可以表現為對於特定的應用在感興趣的頻譜範圍內的相對固定的提前。傳輸函數表示 為formula see original document page 9 與該傳輸函數相關的相位由下列公式給出
W (co) = arg[T(w) 對上述典型的"信號提前"放大器電路的電路分析展示了這樣的頻譜帶，該頻譜帶表現出與電路的特徵或諧振頻率鄰近的頻帶的負群延遲。電路是在該負群延遲頻譜帶之內 產生模擬信號提前的。 圖9示出了信號提前放大器的增益、相位和群延遲特徵，其中負群延遲在特定的 頻譜範圍內相對固定。上面的圖描述了放大器相對於頻率的增益。該增益在高達200Hz的 頻譜帶都是相對固定的，該頻譜帶低於且鄰近放大器電路的兩個特徵頻率的較低端。中間 的圖(相位對頻率)表示高達200Hz的正的且相對線性的相位響應。第三個圖描述了相 對於頻率的群延遲。群延遲被定義為相位相對於頻率的變化率的負數，並在數學上表示為 [T(")二-SW(")/S "](以時間為單位)。再有，相位延遲的斜率是正的並且是相對線 性的；因此，其導數是負的，並在小於200Hz的頻譜帶中是固定的。 基於上述對典型的負延遲電路的詳細分析，可以獲取的負延遲或信號提前的量與 其所施加的模擬波形的頻譜內容或頻率間接相關，即，對於較低的頻率信號，可能有較大的 負延遲或信號提前。 注意到負群延遲電路中電感組件的使用有利於複雜的模擬信號在較寬頻譜帶上
的信號提前。如前所述，較大的模擬信號提前與模擬波形的頻譜內容間接地成正比。為了
在"信號提前"放大器電路中獲得更低的特徵頻率或諧振頻率，可以同時需要大的電容和大
的電感，因為諧振頻率("J近似為^al/VZ5。電感器典型地以毫亨(mH)或更低的單位
來度量。因此，迴轉器可以被用來模擬大的電感值(以亨(H)來度量)。 對於許多應用來說，特別是生物醫學幹涉應用例如電子生理學，時間上提前的
輸出可以是原始輸入波形的高保真表示。在這些應用中，被提前的模擬波形典型地位於
較低頻率範圍內(幾百赫茲)。因此，通過使用數位訊號處理器可以實現對固有信號失
真的補償，該數位訊號處理器以與相對所實現的波形提前持續時間可以忽略的轉換率
(conversion rate)來操作。可以被用來執行數字濾波和信號重構的多個模數(A_D)轉換
器和數位訊號處理器的響應時間比預期波形提前少下到100、上到1000倍。 通過在有限頻譜範圍上級聯多個負群延遲放大級，可以增加波形提前的持續時間
(由於伴隨但可接受的信號失真，因此以有限的方式)(圖10)。通過級聯多個"信號提前"
放大級，波形提前可以超過輸入脈衝寬度，但是由於每一級中的信號失真的增加和理論上
的波前速度限制，最大提前可以局限為是若干脈衝上升時間。 如前所述，數字濾波和信號重構可以應用於減少或消除在所獲得的時間波形提前 的持續時間的一部分中的波形或信號失真。減少或消除由"信號提前"放大帶來較高頻率 失真(其接近電路的特徵頻率或諧振頻率)在級聯連續的放大級以獲取波形或信號的時間 提前的增加的持續時間時尤其有用。 窄"信號提前"放大器的並行陣列(其中"信號提前"放大器的某些帶被級聯)(圖 11)可以被配置為產生更為線性的輸入-輸出響應。這提供了一種獲取在感興趣的特定頻 譜範圍上的信號或波形的時間提前的機制，因為窄頻譜帶可以被調諧為通過使用正是如此 的級聯布局來檢測輸入模擬信號或波形的特定示象(aspect)。 為此，對於在模擬信號或波形檢測、獲取和處理中使用的大範圍的儀器，使用"信 號提前"放大的方法可以顯著擴大控制和生物醫學應用的範圍。 在將"信號提前"放大實際應用於模擬信號檢測、獲取和處理時的基本考慮是，實 現足夠的信號提前以允許可用的響應。因此，實際的"信號提前"放大器的設計必須從對要提前的模擬波形的詳細分析開始，以便確定電路必須要設計的波形特徵。放大器設計必須 考慮包括頻率範圍、包含信號的脈衝寬度(或持續時間)、脈衝形狀等在內的波形特徵。
第二個考慮是，在確定可以獲取的信號提前之後，基於獲取的時間提前的持續時 間來確定產生可用響應的電位。可能需要級聯多級或使用並行"信號提前"路徑來檢測模 擬波形的不同示象。這是一種給定對於本技術的實際應用很關鍵的可用的提前信號或波形 檢測來提供可用響應的能力。 對於本發明的一些潛在應用來說，信號失真幾乎沒有或完全沒有影響。 一個例子
是模擬脈衝的檢測，其中幅度的不同或只存在脈衝表示二進位狀態、閾值條件或其它真/
假轉變上的變化。在ECG/EKG(Electro-Cardiogr即h，電子心電圖)波形檢測中，只要"信
號提前"放大產生的信號失真是穩定的，稍有失真的PQRST波形對於異常波形圖的檢測來說
就仍然是可以接受的。其它應用例如神經反饋，當信號失真對於治療應用來說是很重要的
頻譜內容時，可能需要信號失真的移除或對信號失真的補償或者從移除或補償中受益。 為了開發一種用於補償產生於"信號提前"放大的失真的機制，必須針對特定的頻
譜範圍並以適於被檢測模擬波形的解析度來特徵化在提前的模擬信號或波形中產生的失
真。為了產生可以被用來設計用於重構原始模擬輸入信號或波形的方法和算法的數據，提
供同步的高抽樣率和較寬的帶寬模擬數據抽樣和信號產生能力的信號產生和數據獲取系
統被用來產生高仿真模擬輸入信號並獲取時間上提前的模擬輸出信號或波形。通過將快速
傅立葉變換(FFT)分析應用於來自每個"信號提前"放大級的輸入和輸出信號，可以獲得輸
入和輸出信號二者的頻譜分解。對各個信號的頻譜內容的比較可以提供用於特徵化並數字
地重構原始模擬輸入波形的頻譜內容的數據。 由於失真是極小的並在窄帶中是一致的，因此對於特定應用，如上所述根據經驗 獲得的數據可以被用來特徵化失真並設計隨後數字地移除失真的方法。例如，簡單的"查 找"表可以被併入到內嵌硬體，其針對原始輸入信號將提前信號或波形的頻譜分解分量用 等價幅度和頻率數據來替換。 儘管本發明參考了特定實施例來描述，但是本說明書不應從限制意義上來理解。 在參照本發明的說明書時，對公開的實施例的各種修改以及本發明的替換實施例對於本領 域技術人員來說將變得明顯。因此，預期所附權利要求書將覆蓋落入本發明範圍的這些修 改。
權利要求
一種針對在時間上提前的對模擬數據的響應動作而在時間上提前對這些模擬數據的檢測與特徵化的方法，該方法包括下列步驟選擇模擬數據檢測裝置，所述模擬數據檢測裝置與具有第一NGD信號輸出裝置的第一負群延遲電路裝置連接，以產生所述模擬數據檢測裝置所接收到的模擬數據的第一時間提前原標記，所述第一NGD信號輸出裝置與第一信號提前放大器裝置連接，以在第一信號提前放大器輸出處產生第一校正標記，該第一校正標記比所述第一時間提前原標記更準確地表示由所述模擬數據檢測裝置所檢測到的所述模擬數據；將所述數據輸入裝置應用於模擬數據的源；對所述第一信號提前放大器裝置所產生的所述第一校正標記實施響應動作。
2. —種針對在時間上提前的對模擬數據的響應動作而在時間上提前對這些模擬數據 的檢測與特徵化的方法，該方法包括下列步驟選擇模擬數據檢測裝置，所述模擬數據檢測裝置與具有第一 NGD信號輸出裝置的第一 負群延遲電路裝置連接，以產生所述模擬數據檢測裝置所接收到的模擬數據的第一時間提 前原標記，所述第一 NGD信號輸出裝置與第一信號提前放大器裝置連接，以在第一信號提 前放大器輸出處產生第一校正標記，該第一校正標記比所述第一時間提前原標記更準確地 表示由所述模擬數據檢測裝置所檢測到的所述模擬數據；所述第一信號提前放大器輸出與具有第二 NGD信號輸出裝置的第二負群延遲電路裝 置連接，以產生所述模擬數據檢測裝置接收並首先被所述第一負群延遲電路裝置和所述第 一信號提前放大器裝置處理的模擬數據的第二時間提前原標記，所述第二 NGD信號輸出裝置與第二信號提前放大器裝置連接，以在第二信號提前放大器輸出處產生第二校正標記， 該第二校正標記比所述第二時間提前原標記更準確地表示所述模擬數據檢測裝置所檢測 到的所述模擬數據；將所述數據輸入裝置應用於模擬數據的源；對所述第二信號提前放大器裝置所產生的所述第一校正標記實施響應動作。
3. —種針對在時間上提前的對模擬數據的響應動作而在時間上提前對這些模擬數據 的檢測與特徵化的方法，其中N是正整數，該方法包括下列步驟選擇模擬數據檢測裝置，所述模擬數據檢測裝置與具有第N個NGD信號輸出裝置的第N 個負群延遲電路裝置直接或間接地連接，以產生所述模擬數據檢測裝置所接收到的模擬數 據的第N個時間提前原標記，所述第N個NGD信號輸出裝置與第N個信號提前放大器裝置 連接，以在第N個信號提前放大器輸出處產生第N個校正標記，所述第N個校正標記比所述 第N個時間提前原標記更準確地表示所述模擬數據檢測裝置所檢測到的所述模擬數據；所述第N個信號提前放大器輸出與具有第N+l個NGD信號輸出裝置的第N+l個負群延 遲電路裝置連接，以產生由所述模擬數據檢測裝置接收並首先由所述第N個負群延遲電路 裝置和第N個信號提前放大器裝置處理的模擬數據的第N+l個時間提前原標記，所述第N+l 個NGD信號輸出裝置與第N+l個信號提前放大器裝置連接，以在第N+l個信號提前放大器 輸出處產生第N+l個校正標記，該第N+l個校正標記比所述第N+l個時間提前原標記更準 確地表示所述模擬數據檢測裝置所檢測到的模擬數據；將所述數據輸入裝置應用於模擬數據的源；對所述第N+l個信號提前放大器裝置所產生的所述第N+l個校正標記實施響應動作。
4. 一種針對在時間上提前的對模擬數據的響應動作而在時間上提前對這些模擬數據 的檢測與特徵化的設備，該設備包括模擬數據檢測裝置，所述模擬數據檢測裝置與具有第一 NGD信號輸出裝置的第一負群 延遲電路裝置連接，以產生所述模擬數據檢測裝置所接收到的模擬數據的第一時間提前原 標記，所述第一 NGD信號輸出裝置與第一信號提前放大器裝置連接，以在第一信號提前放 大器輸出處產生第一校正標記，該第一校正標記比所述第一時間提前原標記更準確地表示 由所述模擬數據檢測裝置所檢測到的所述模擬數據。
5. —種針對在時間上提前的對模擬數據的響應動作而在時間上提前對這些模擬數據 的檢測與特徵化的設備，其中N是正整數，該設備包括模擬數據檢測裝置，所述模擬數據檢測裝置與具有第N個NGD信號輸出裝置的第N個 負群延遲電路裝置直接或間接地連接，以產生所述模擬數據檢測裝置所接收到的模擬數據 的第N個時間提前原標記，所述第N個NGD信號輸出裝置與第N個信號提前放大器裝置連 接，以在第N個信號提前放大器輸出處產生第N個校正標記，所述第N個校正標記比所述第 N個時間提前原標記更準確地表示所模擬數據檢測裝置所檢測到的所述模擬數據；所述第N個信號提前放大器輸出與具有第N+l個NGD信號輸出裝置的第N+l個負群延 遲電路裝置連接，以產生由所述模擬數據檢測裝置接收並首先由所述第N個負群延遲電路 裝置和第N個信號提前放大器裝置處理的模擬數據的第N+1個時間提前原標記，所述第N+1 個NGD信號輸出裝置與第N+l個信號提前放大器裝置連接，以在第N+l個信號提前放大器 輸出處產生第N+l個校正標記，該第N+l個校正標記比所述第N+l個時間提前原標記更準 確地表示所述模擬數據檢測裝置所檢測到的模擬數據。
6. 如權利要求1所述的方法，其中，所述模擬數據檢測裝置是醫學監視設備，用於檢測 和發送表示人體器官和系統所產生的電磁波的數據。
7. 如權利要求6所述的方法，其中，所述醫學監視設備是EKG監視器。
8. 如權利要求6所述的方法，其中，所述醫學監視設備是EEG監視器。
9. 如權利要求2所述的方法，其中，所述模擬數據檢測裝置是醫學監視設備，用於檢測 和發送表示人體器官和系統所產生的電磁波的數據。
10. 如權利要求9所述的方法，其中，所述醫學監視設備是EKG監視器。
11. 如權利要求9所述的方法，其中，所述醫學監視設備是EEG監視器。
12. 如權利要求3所述的方法，其中，所述模擬數據檢測裝置是醫學監視設備，用於檢 測和發送表示人體器官和系統所產生的電磁波的數據。
13. 如權利要求12所述的方法，其中，所述醫學監視設備是EKG監視器。
14. 如權利要求12所述的方法，其中，所述醫學監視設備是EEG監視器。
15. 如權利要求4所述的設備，其中，所述模擬數據檢測裝置是醫學監視設備，用於檢 測和發送表示人體器官和系統所產生的電磁波的數據。
16. 如權利要求15所述的方法，其中，所述醫學監視設備是EKG監視器。
17. 如權利要求15所述的方法，其中，所述醫學監視設備是EEG監視器。
18. 如權利要求5所述的設備，其中，所述模擬數據檢測裝置是醫學監視設備，用於檢 測和發送表示人體器官和系統所產生的電磁波的數據。
19. 如權利要求18所述的方法，其中，所述醫學監視設備是EKG監視器。
20. 如權利要求18所述的方法，其中，所述醫學監視設備是EEG監視器。
21. —種針對在時間上提前的對模擬數據的響應動作而在時間上提前對這些模擬數據 的檢測與特徵化的設備，該設備包括模擬數據檢測裝置，所述模擬數據檢測裝置與具有第一 NGD信號輸出裝置的第一負群 延遲電路裝置連接，以產生所述模擬數據檢測裝置所接收到的模擬數據的第一時間提前原 標記，所述第一 NGD信號輸出裝置與第一數字濾波及信號重構裝置連接，以在第一數字濾 波及信號重構裝置輸出處產生第一校正標記，該第一校正標記比所述第一時間提前原標記 更準確地表示由所述模擬數據檢測裝置所檢測到的所述模擬數據。
22. —種針對在時間上提前的對模擬數據的響應動作而在時間上提前對這些模擬數據 的檢測與特徵化的設備，其中N是正整數，該設備包括模擬數據檢測裝置，所述模擬數據檢測裝置與具有第N個NGD信號輸出裝置的第N個 負群延遲電路裝置直接或間接地連接，以產生所述模擬數據檢測裝置所接收到的模擬數據 的第N個時間提前原標記，所述第N個NGD信號輸出裝置與第N個數字濾波及信號重構裝 置連接，以在第N個數字濾波及信號重構裝置輸出處產生第N個校正標記，所述第N個校正 標記比所述第N個時間提前原標記更準確地表示所模擬數據檢測裝置所檢測到的所述模 擬數據；所述第N個信號提前放大器輸出與具有第N+l個NGD信號輸出裝置的第N+l個負群延 遲電路裝置連接，以產生由所述模擬數據檢測裝置接收並首先由所述第N個負群延遲電路 裝置和第N個數字濾波及信號重構裝置處理的模擬數據的第N+l個時間提前原標記，所述 第N+l個NGD信號輸出裝置與第N+l個數字濾波及信號重構裝置連接，以在第N+l個數字 濾波及信號重構裝置輸出處產生第N+l個校正標記，該第N+l個校正標記比所述第N+l個 時間提前原標記更準確地表示所述模擬數據檢測裝置所檢測到的模擬數據。
23. —種針對在時間上提前的對模擬數據的響應動作而在時間上提前對這些模擬數據 的檢測與特徵化的方法，其中N是正整數，該方法包括下列步驟選擇模擬數據檢測裝置，所述模擬數據檢測裝置與具有第N個NGD信號輸出裝置的第N 個負群延遲電路裝置直接或間接地連接，以產生所述模擬數據檢測裝置所接收到的模擬數 據的第N個時間提前原標記，所述第N個NGD信號輸出裝置與第N個數字濾波及信號重構 裝置連接，以在第N個數字濾波及信號重構裝置輸出處產生第N個校正標記，所述第N個校 正標記比所述第N個時間提前原標記更準確地表示所模擬數據檢測裝置所檢測到的所述 模擬數據；所述第N個信號提前放大器輸出與具有第N+l個NGD信號輸出裝置的第N+l個負群延 遲電路裝置連接，以產生由所述模擬數據檢測裝置接收並首先由所述第N個負群延遲電路 裝置和第N個數字濾波及信號重構裝置處理的模擬數據的第N+l個時間提前原標記，所述 第N+l個NGD信號輸出裝置與第N+l個數字濾波及信號重構裝置連接，以在第N+l個數字 濾波及信號重構裝置輸出處產生第N+l個校正標記，該第N+l個校正標記比所述第N+l個 時間提前原標記更準確地表示所述模擬數據檢測裝置所檢測到的模擬數據；將所述數據輸入裝置應用於模擬數據的源；對所述第N+l個數字濾波及信號重構裝置所產生的所述第N+l校正標記實施響應動作。
全文摘要
一種基於負群延遲的模擬波形信號檢測/數據獲取系統，用於減少模擬波形或信號檢測及獲取中的固有延遲，並有利於比其它可能方案更早地對模擬波形數據的響應動作。信號提前放大和數據調整減少了失真，並允許時間提前比之前的可能方案更多。
文檔編號H03K5/01GK101730974SQ200880015288
公開日2010年6月9日 申請日期2008年3月9日 優先權日2007年3月9日
發明者克裡斯·海梅爾 申請人:克裡斯·海梅爾