生物医学电子学—生物电前置放大器设计

＋VCC A1 －VCC R0
＋VCC R0 A2
＋ECC －VCC
A3 －ECC
＋VCC
A4
UO
－VCC
－VCC
V2RVoacm
2VRoF RFa
Vc0m
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
15
生物电前置放大器的设计 －－小结
信号的特点 应用要求 噪声的特点 核心是提高信噪比
生物医学电子学
生物电前置放大器设计专题
介绍内容
介绍内容
2
引言
设计要求 信号与干扰
引言
抑制干扰的主要 措施
设计要求
小结
抑制干扰的主要措施
信号与干扰
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
3
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。
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
2Vcm Vo 0 Ra RF
（1）
由此得
Vo
2RF Ra
Vcm
（2）
因为 Vcm Id Ro Vo ，将上式代入，得
Vcm
R0 Id 1 2RF
（3）
（a）
Ra
（b）
V2RVoacm
2VRoF RFa
Vc0m
介绍内容
措施 小结
介绍内容
7
仪器放大器（2）
Vi1
A1
VO1
R4
R1
R3
RW
A3
Vo
R2
R5
R6
Vi2
A2
提高第一级的增益 选用优质运放
进一步提高共模抑制比 降低放大器本身的噪声
高输入阻抗 高共模抑制比
提高输入阻抗
降低电极噪声
提高电路共模抑制比
低噪声
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
输入滤波
目的
信号与干扰 高通滤波
抑制干扰的主要
抑制极 化电压
第一层 效益
提高放大 器增益
第二层 效益
提高放大器共模抑制比 降低放大器噪声系数
措施 小结
副作用
阻容元件不对称
弊端
严重降低放大器 的共模抑制比
低通滤波
目的
抑制高 频干扰
第一层 效益
提高放大 器增益
第二层 效益
提高放大器共模抑制比 降低放大器噪声系数
介绍内容
11
介绍内容
引言
共模反馈驱动
设计要求
信号与干扰 抑制干扰的主要
措施 小结
RS1 Uid/2 Uic Uid/2 RS2
A1 R0
R0 A2
A3
A4
UO
V2RVoacm
2VRoF RFa
Vc0m
介绍内容
引言
右腿驱动
设计要求
信号与干扰
抑制干扰的主要 措施
小结
介绍内容
12
从图（b）所示等效电路可以求出辅助放大
引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要
措施 小结
屏蔽技术的缺点
介绍内容
50Hz 工频电源线 9
屏蔽室
大幅度增加成本、使用不便
屏蔽线（电缆）
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
屏蔽合
稍稍增加成本、在存在强干扰和要求高时使用
介绍内容
10
V2RVoacm
2VRoF RFa
Vc0m
介绍内容
引言 设计要求
介绍内容
16
生物电前置放大器的设计
－－小结
信号与干扰 提高信噪比/抑制干扰的主要电路设计方法
抑制干扰的主要 措施
采用仪器放大器
小结
屏蔽技术
滤波
共模驱动
右腿驱动
隔离放大器
悬浮电源
13
介绍内容
引言
隔离放大器
设计要求
信号与干扰 抑制干扰的主要
措施 小结
前置放大器
c
iF
iO
e
后级放大器
其他电路
电池
DC/DC
交流电源
V2RVoacm
2VRoF RFa
Vc0m
介绍内容
14
介绍内容
引言
悬浮电源
设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要
措施 小结
Uic ＋VCC
RS1 Uid/2 Uid/2 RS2
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
介绍内容
4
引言
设计要求 信号与干扰
总体增益
抑制干扰的主要 措施
系统带宽
小结
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
5
介绍内容
引言
信号与干扰（以心电信号为例）
共模 驱动 电路
悬浮 电源
介绍内容
6
介绍内容
引言
仪器放大器（1）
设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要
措施 小结
Vi1
A1
VO1
R4
R1
R3
RW
A3
Vo
R2
Vi2
A2
R5
R6
同相放大器
高输入阻抗
差动放大（双端输入）
高共模抑制比
运放构成深度负反馈放大器
增益稳定
介绍内容
引言 设计要求 信号与干扰 抑制干扰的主要
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
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仪器放大器（3Fra Baidu bibliotek
Vi1
A1
VO1
R4
R1
R3
RW
A3
Vo
R2
R5
R6
Vi2
A2
选用优质运放
低功耗
降低热噪声和电源噪声
轨－轨
增加动态范围、抑制非线性失真和支持 在低电压工作
选用优质电阻等
降低放大器噪声
提高电路共模抑制 比
介绍内容
设计要求 信号与干扰
输入高通 滤波
提高放大器 输入阻抗
抑制干扰的主要 措施
小结
选用低 噪声 器件
提高 前级 放大器 增益
采用隔 离放大器
电子 器件噪声
电极 噪声
高频干扰
50Hz泄漏 电流干扰
其他医疗仪 器的噪声 50Hz
电场干扰
屏蔽 导联线
输入低通 滤波
输入 保护电路
50Hz 陷波
提高共模 抑制比
右腿驱动 电路