《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何使用對消驅(qū)動電路提高共模抑制比
摘要: 心電檢測是在強(qiáng)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,。
Abstract:
Key words :

  心電檢測是在強(qiáng)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,。

  心電信號是人體特定的點(diǎn)與點(diǎn)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(qiáng),,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),。

  在如此強(qiáng)的工頻干擾中檢測出微弱的心電信號是一大挑戰(zhàn),這就要求運(yùn)放具有很高的共模抑制比,,一般要求在60~120dB之間,,太低了影響心電圖機(jī)性能,太高的運(yùn)放成本上會讓人難以接受,。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)生診斷來說是不能接受的,,心電圖機(jī)普遍采用對消驅(qū)動電路來進(jìn)一步增強(qiáng)共模抑制能力。

圖1:對消驅(qū)動模型

  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(jì)算中忽略C5,,C6,1A,,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(jì)的,不影響低頻時共模抑制比的計(jì)算,,計(jì)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:

 ?。╒1-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* jwC2+jwC1* jwC2*R8+ jwC1* jwC2*R9 ) (4)

  帶入常用電路的典型參數(shù):

  R8=10kΩ,R11=100kΩ,,R9=1M,,C2=100pf不考慮電容的相位影響,略去極小項(xiàng)則:

  Vin=R8*R11* jwC2/(R8+R9) (5)

  在以上參數(shù)下Vsub>in幅值為:

  Vin=1 /3000=-69dB (6)

  按照上述參數(shù)設(shè)計(jì)的右腿驅(qū)動電路理論上可以提供69dB的共模抑制比,,這是一個對消驅(qū)動簡化模型,,實(shí)際電路中考慮到阻容的誤差,濾波電容對相位的影響,,運(yùn)放的延遲等等,右腿驅(qū)動的共模抑制能力會劣化甚至產(chǎn)生震蕩,,具體的電路需要根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整,。

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