生物医学电子学生物电前置放大器设计专题.ppt

生物医学电子学生物电前置放大器设计专题 介绍内容 引言 设计要求 抑制干扰的主要措施 信号与干扰 小结 介绍内容 生命的本质在于“电”，因此，生物电是最重要的生物医学信号，携带着丰富的生理、病理信息。 信号特点：低频：DC~2000Hz；低幅值：μV ～mV量级；高内阻且可变。 强干扰（各种生物电之间） 被测对象的特殊性：人体 介绍内容 总体增益 系统带宽 动态范围 噪声与干扰的抑制 其他：电源、其他特殊要求 介绍内容 信号与干扰（以心电信号为例） 介绍内容 仪器放大器（1） 介绍内容 仪器放大器（2） 介绍内容 仪器放大器（3） 介绍内容 屏蔽 介绍内容 输入滤波 介绍内容 共模反馈驱动 介绍内容 右腿驱动 介绍内容 隔离放大器 介绍内容 悬浮电源 介绍内容 信号的特点 介绍内容 采用仪器放大器 * 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 噪声的来源 传 感 器 传感器 接口 电路 DAC ?P 或?C ADC 放大 滤波 键盘或其它 人机对话输入 显示 模拟指示 输出控制 信号传输 信号存储 与记录 电源与 参考信号 图1-1 医学电子仪器的一般结构 传感器与传感器界面的噪声。 被测对象等 器件和电路内部的噪声：电阻热噪声、一些器件特有的噪声 各个子系统内部与相互之间的干扰：增益、频带、电源、前后的阻抗匹配、通过电磁场、光、机、热的干扰 ADC的误差：本身精度、采样速度、量化误差、微分与积分非线性、基准电源的误差与波动 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 其他医疗仪器的噪声 电极 噪声 50Hz泄漏 电流干扰 50Hz 电场干扰 电子 器件噪声 高频干扰 输入高通滤波 屏蔽 导联线 输入 保护电路 提高 前级 放大器 增益 选用低 噪声 器件 输入低通 滤波 采用隔 离放大器 提高共模 抑制比 50Hz 陷波 提高放大器 输入阻抗 共模 驱动 电路 右腿驱动 电路 悬浮电源 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 A1 Vo R6 R1 A3 R3 Vi2 RW R2 Vi1 R5 R4 A2 VO1 运放构成深度负反馈放大器 差动放大（双端输入） 同相放大器 高输入阻抗 增益稳定 高共模抑制比 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 A1 Vo R6 R1 A3 R3 Vi2 RW R2 Vi1 R5 R4 A2 VO1 选用优质运放 提高第一级的增益 进一步提高共模抑制比 高输入阻抗 降低放大器本身的噪声 降低电极噪声 高共模抑制比 提高输入阻抗 低噪声 提高电路共模抑制比 降低放大器噪声 高增益 提高电路共模抑制比 提高输入阻抗 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 A1 Vo R6 R1 A3 R3 Vi2 RW R2 Vi1 R5 R4 A2 VO1 选用优质运放 低功耗 降低热噪声和电源噪声 增加动态范围、抑制非线性失真和支持在低电压工作 轨－轨 降低放大器噪声 提高电路共模抑制比 选用优质电阻等 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 屏蔽室 屏蔽线（电缆） 屏蔽合 技术的缺点 大幅度增加成本、使用不便 稍稍增加成本、使用稍为不便，是最常用的手段。 增加分布电容且不对称，导致电路共模抑制比下降 稍稍增加成本、在存在强干扰和要求高时使用 50Hz 工频电源线 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 高通滤波 目的 第一层 效益 抑制极 化电压 提高放大 器增益 副作用 提高放大器共模抑制比 降低放大器噪声系数 第二层 效益 弊端 阻容元件不对称 严重降低放大器 的共模抑制比 低通滤波 目的 第一层 效益 抑制高 频干扰 提高放大 器增益 提高放大器共模抑制比 降低放大器噪声系数 第二层 效益 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 A3 Uic R0 A2 Uid/2 A1 Uid/2 R0 RS1 RS2 A4 UO 介绍内容 引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要措施 小结 （a） （b） 从图（b）所示等效电路可以求出辅助放大器不饱和时的共模电压。高阻输入级的共模增益为1，故辅助放大器A3的反相端输入为 （1） 由此得