脑电信号检测dc

燕山大学

课程设计说明书

题目：测控仪器电路

学院（系）：电气工程学院

年级专业：生物医学工程 1班

学号： 080103040021 学生姓名：刘陈龙

指导教师：赵勇

教师职称：

燕山大学课程设计（论文）任务书

院（系）：电气工程学院基层教学单位：生物医学工程系

说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

2011年 6 月 17 日

目录

引言 (1)

系统设计方案 (1)

滤波器的设计 (4)

滤波器的选择 (4)

1、滤波器类型的选择 (4)

2、滤波器阶数的选择 (4)

3、滤波电路的实现 (4)

4、50Hz工频陷波的设计 (8)

总结 (12)

参考文献 (12)

脑电信号采集电路的设计

引言

所谓脑电信号(EEG)就是脑部神经细胞电位变化的情形。自从1924年德国精神病学家，耶那大学的Hans Berger教授首次发现并记录到人脑有规则的电活动，脑电的研究就一直得到生物医学研究领域和临床应用方面的高度重视。

依据脑电图仪与临床生理学会国际联盟的分类，脑电信号的频率分为4个频段：分别是δ波 (0.5-4HZ，20—200uV)、θ波(4—8 Hz，100uv一150uV)、α波(8-13Hz，20—100uV)、β波(13-30 Hz，5-20uV)。这些意识的组合，形成了一个人的内、外在行为上的表现。

脑电信号的特点

首先，脑电信号非常微弱，一般只有50 μV左右，幅值范围为5 μV~100 μV[1]。所以，脑电信号放大增益要比一般的信号高得多，一般要放大20000 倍左右。

第二，脑电信号头皮与颅骨通常几千欧姆的电阻，所以要求前置部分有很高的输入阻抗，以提高脑电信号索取能力，一般输入阻抗要大于10 MΩ。

第三，脑电信号的频率低，一般在0.1 Hz - 100Hz，需要滤除脑电信号频率以外的高频干扰。

第四，在普通环境下，脑电信号采集受到工频干扰等共模干扰，信噪比通常低于-10 dB。工频干扰主要是以共模形式存在，幅值在mV 数量级，所以要求放大器具有很高的共模抑制比（CMRR, commonmode rejection ratio），一般要大于120 dB。

第五，在电极与头皮接触的部位会产生电位差，称为极化电压。极化电压一般在几毫伏到几百毫伏之间，理想情况下，在用双电极提取人体两点电位差时，两个电极保持对称则可以使极化电压互相抵消，但实际上，由于极化电压和通过电极电流大小、电极和皮肤接触阻抗不对称等很多因素有关，所以不可避免造成干扰，尤其当电极和皮肤接触不良时，干扰更严重如果在仪表放大器的前端不做处理，极化电压的存在使得前置放大器的增益不能过大。除了极化电压的干扰外，还受主体的呼吸及运动等低频干扰，这些都是要考虑的。

第六，必须考虑被测者的生理自然性和保证操作安全性等。

系统设计方案

基于以上对脑电信号的分析，提出整个系统由信号采集、前置放大、信号滤波、AD转换、信号处理（包括分析、显示、存储等）。而前置放大、信号滤波是系统设计的重点。

前置放大电路

设计一

目前生物电放大器前置级电路普遍采用的是由O’Brient提出的非常经典的同相并联结构的前置级放大电路旧J．这种结构的电路由3个基本运算放大器构成，其中2个组成同相并联输入第一级放大，以提高放大器的输入阻抗，另一个为差动放大，作为放大器的第二级，其共模抑制比取决于第一级放大电路中2个运放共模抑制比的对称程度、第二级放大电路运放的共模抑制比、差动放大级的闭环增益以及电阻的匹配精度等．早期生物电信号尤其是脑电信号的采集往往因为器件的因素而无法取得很好的效果。

近年来，微电子技术得到迅猛的发展，出现了许多高性能的由同相并联结构的三运放电路集成的仪表放大器，如美国TI公司、BB公司和“ne8r公司等生产了很多不同档次的集成化仪表放大器，为设计生物电放大器提供了充分的选择，为在集成化的仪表放大器的基础上设计生物电信号前置级电路提供了较为便利的条件。

现在应用比较典型的电路是应用AD627BR集成运算放大器实现信号放大的功能。

如图为AD627BR集成运算放大器的内部结构。

运用AD627BR组成的放大电路如图：

仿真结果如下：

分析：输入为差分信号，Vi=(2-1)V=1V。RG=2K，GAIN=10+（200KΩ/RG）=110；仿真后输出110.114V。

它具有以下特点

（1）增益可通过外接电阻在5-1000Ω之间任意调节，计算公式为GAIN=10+(200KΩ/RG)。取GAIN=1000。

（2）高输入阻抗, ，20G；

（3）高共模抑制比，,增益为100时，共模抑制比125db.

（4）最大输入失调电压125uV,最大输入失调电压偏移1uV/c。

（5）增益为100时, 非线性误差为1.25%。

设计二

如图l所示的电路结构：

l前级采用运放Al和A2组成并联型差动放大器。理论上不难证明，在运算放大器为理想的情况下，并联型差动放大器的输入阻抗为无穷大，共模抑制比也为无穷大。更值得一提的是，在理论上并联型差动放大器的共模抑制比与电路的外围电阻的精度和阻值无关。

2阻容耦合电路(时间常数电路)放在由并联型差动放大器构成的前级放大器和由仪器放大器构成的后级放大器之间，这样可为后级仪器放大器提高增益，进而提高电路的共模抑制比提供了条件。同时，由于前置放大器的输出阻抗很低，同时又采用共模驱动技术，避免了阻容耦合电路中的阻、容元件参数不对称(匹配)导致的共模干扰转换成差模干扰的情况发生。

3后级电路采用廉价的仪器放大器，将双端信号转换为单端信号输出。由于阻容耦合电路的隔直作用，后级的仪器放大器可以做到很高的增益，进而得到很高的共模抑制比。共模增益。经过实际测量，图1所示的电路采用图中所给出的参数时，电路的共模抑制比在120dB以上。

图1