利用對消驅(qū)動提高心電信號測量共模抑制的原理分析
摘要:心電檢測是在強共模干擾下的微弱信號檢測,為了提高電路的共模抑制比,常采用對消驅(qū)動電路(右腿驅(qū)動)來提高共模抑制比,本文分析了對消驅(qū)動電路的原理,結(jié)合實際電路實際驗證了電路的效果。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/134932.htm心電信號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,比心電信號大3個數(shù)量級,工頻干擾常以共模形式出現(xiàn),這就要求運放具有很高的共模抑制比,一般要求在60~120dB之間。采用高共模抑制比的前置放大器,如在50Hz時80dB共模抑制比的儀表放大器是屬于性能比較好的產(chǎn)品,這樣工頻干擾的幅值還是達(dá)到了信號幅值的十分之一,對于醫(yī)生的診斷來說是不能接受的,心電圖機普遍采用對消驅(qū)動電路來進(jìn)一步增強共模抑制能力。
如圖1所示,U2A和R9,R10,R11,C7共同組成了右腿驅(qū)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(qū)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(tǒng)穩(wěn)定而設(shè)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(dǎo)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(shù)為:
Vout=-(R9*Vcom)R8 (2)
根據(jù)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(shù)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(shù):
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(shù)下Vin幅值為:
Vin=1/3000=-69dB (6)
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