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利用對消驅動提高心電信號測量共模抑制的原理分析

作者:吳英超 時間:2013-02-28 來源:電子產品世界 收藏

  是人體特定的點與點之間的差模電壓,信號幅度在0.5mV~8mV之間,典型值為1mV。心電受到的工頻干擾非常強,一般情況下人體的工頻幅值在V級,比大3個數量級,工頻干擾常以共模形式出現,這就要求運放具有很高的比,一般要求在60~120dB之間。采用高比的前置放大器,如在50Hz時80dB比的儀表放大器是屬于性能比較好的產品,這樣工頻干擾的幅值還是達到了信號幅值的十分之一,對于醫生的診斷來說是不能接受的,心電圖機普遍采用對消驅動電路來進一步增強共模抑制能力。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/142548.htm

  如圖1所示,U2A和R9,R10,R11,C7共同組成了右腿驅動電路,其原理是通過R6,R7從人體取出共模電壓反向加到人體。下面我們通過公式來說明對消驅動的作用,計算中忽略C5,C6,U1A,U1B的誤差對共模抑制比的影響,同時R10和C7是為了系統穩定而設計的,不影響低頻時共模抑制比的計算,計算時忽略,公式推導如下:  

 

  U1A,U1B作用是阻抗變換的跟隨器,有:

  Vcom=Vin           (1)
  U2A組成了一個反向放大器,其傳遞函數為:

  Vout=-(R9*Vcom)R8            (2)
  根據基爾霍夫電流定律有:

  (V1-Vin)*jwC11
  Vin*jwC2+(Vin-Vout)R11           (3)

  得到Vin傳遞函數為:
  Vin=R8*R11*jwC2/(R8*R11*jwC1+R8*R11*jwC2jwC1*jwC2*R8+jwC1*jwC2*R9)           (4)

  帶入常用電路的典型參數:
  R8=10kΩ,R11=100kΩ,R9=1MΩ,C2=100pf不考慮電容的相位影響,略去極小項則:
  Vin=R8*R11*jwC2/(R8+R9)           (5)

  在以上參數下Vin幅值為:
  Vin=1/3000=-69dB           (6)

  按照上述參數設計的右腿驅動電路理論上可以提供69dB的共模抑制比,這是一個對消驅動簡化模型,實際電路中考慮到阻容的誤差,濾波電容對相位的影響,運放的延遲等等,右腿驅動的共模抑制能力會劣化甚至產生震蕩,具體的電路需要根據需要進行調整。



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