现代医学电子仪器原理与设计课件第二版_第三章.ppt

复习总结 第一章：概述　 医用电子仪器； 医学仪器的结构各工作方式； 主要技术特性； 医学仪器的特殊性； 医学仪器设计原则与步骤 第二章 噪声和干扰 人体电子测量中的电磁干扰 干扰形成的三个条件：干扰源、耦合通道、敏感电路 测试系统的噪声 低噪声放大器设计 第三第 信号处理 第一节 生物电放大器前置级原理 生物信号特征——低频微弱信号，为了对生物信号进行各种处理、记录、显示，必须首先把信号放大到所要求的强度。 生物电放大器，通常是对任意两点的电位差进行放大，因此，生物电放大器前置级通常采用差动放大电路结构。 生物电信号本身为高内阻的微弱信号。 基本要求 （一）高输入阻抗 （二）高共模抑制比 （三）低噪声、低漂移 生物电信号：微弱(微伏级、毫伏级)、低频信号、高阻抗。 放大器本身固有噪声：组成放大器各元件的噪声。--放大器放大的信号下限。 理想的生物放大器：1.低噪声；2.抑制外界干扰；3.低零点漂移(对称结构的差动放大电路对元件参数严格筛选；交流放大电路零点不会逐级放大—放大直流信号可进行调制—变成交流进行放大)。 （四）设置保护电路 放大器输入保护(保护电路本身) 人体安全保护 校准电路：a).检验仪器工作情况；b).校准仪器指示值。 差动放大电路分析方法 差动放大应用电路 （一）同相并联结构的前置放大电路 前置级共模抑制能力的提高 （三）右腿驱动 理想运放的条件：虚短、虚断； 第二节 隔离级设计 隔离：信号从浮地部分传递到接地部分，两部分之间没有电路上的直接联系。 隔离的目的：保障从身安全，消除电源、地线干扰。 实现电气隔离有两种方案：电磁耦合；光电耦合。 浮地：为浮置部分电路的等电位点； 接地：电路工作地。 浮置部分电路电源应单独供电。 光电耦合 光电耦合种类：光电二极管耦合；光电晶体管耦合。 第三节 生理放大器滤波器电路设计 在生物医学测量中存在着各类干扰和噪声，信号滤波是消除干扰和噪声的最主要方法。在生物医学信号的提取、处理过程中，滤波器和放大器一样占有十分重要的地位。 滤波器分为有源滤波器和无源滤波器。在生物医学信号处理中，滤波电路最常采用由集成运算放大器和RC网络组成的有源滤波器。它的功能是允许指定频段的信号通过，而将其余频段的信号加以抑制或使其急剧衰减。 有源带阻滤波器的设计 双T有源陷波器 双T有源陷波器的带阻特性主要取决于两支路的R、C对称程度，它决定双T陷波器的陷波点所能衰减到的最低限度。只有保持R、R和R/2之间以及C、C和2C之间的严格对称关系，才能使陷波点频率f0处的信号相互抵消，衰减到零。 电磁耦合： 理想变压器： 变压器频率特性： 频率越低 越大铁芯(或磁芯)容易饱和， 频率越高损耗越大。 一般采用调制载波传输。 有源滤波器的设计方法 生物医学信号测量中，工频干扰常采用陷波器。 带阻滤波器(又称陷波器)，用于滤除通带中某一频段的频率成分，通常用B表示阻带宽度，用Q表示品质因素，分别用来表征带阻滤波器的频率或选频特性。B越小表示阻带越窄，即陷波器对阻带外的信号衰减越小；Q越高，频率的选择性越好，但是Q值太高，滤波器的性能不稳定。 图3-25 双T型有源陷波器 * * 图3-1 生物电放大器和输入回路 理想运放的条件：虚短、虚断； 由电阻失配和运算放大器本身产生的共模误差电压： 差动放大电路分析方法； --满足：高共模抑制比；低噪声、低漂移。 生物电放大器前置级的基本要求： 高输入阻抗； 高共模抑制比； 低噪声、低漂移； 差分电路解决了高共模抑制比； 尚未解决问题：高输入阻抗； 图3-3 同相并联结构的前置放大电路 理想运放的条件：虚短、虚断； 理想情况下：第一级输出不产生共模电压； 选择A1，A2的性能参数，使之精确匹配， 可充分发挥对称电路误差电压抵消的优点， 并能获得低漂移。 非理想情况下：考虑A1,A2器件本身的 共模抑制能力： 第一级电路的共模抑制比： 两级放大的差动增益： 总的共模抑制比： 选择A1，A2的性能参数，使： 具有较好的对称性。则有： 生物电放大器前置级的设计主要考虑的因素： 器件选择：A1、A2：共模抑制比参数严格对称 (相差不超过0.5dB)；A3：高共模抑制比参数(100dB)； 第二级电阻精度选取：选择高精度、高稳定性电阻。 前置级增益分配：合理分配各级放大倍数。 图3-10 导联线分布电容影响 从而造成共模电压不等量的衰减，使放大器CMRR下降； 两根导线分布电容不可能完全相同，加之电极阻抗的不平衡，则： 共模电压—差模电压—共模误差输出。 （一）屏蔽驱动 图3-11 屏蔽驱动电路 理想情况下： 非理想情况：下考虑A1,A2不对称产生差模电压， 由于A3的作用使U