《電子技術應用》
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如何使用對消驅動電路提高共模抑制比
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,常采用對消驅動電路(右腿驅動)來提高共模抑制比。
Abstract:
Key words :

  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,常采用對消驅動電路(右腿驅動)來提高共模抑制比。

  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個數量級,工頻干擾常以共模形式出現。

  在如此強的工頻干擾中檢測出微弱的心電信號是一大挑戰,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,太低了影響心電圖機性能,太高的運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。

圖1:對消驅動模型

  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,C6,1A,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* jwC2+jwC1* jwC2*R8+ jwC1* jwC2*R9 ) (4)

  帶入常用電路的典型參數:

  R8=10kΩ,R11=100kΩ,R9=1M,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Vsub>in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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