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    精密低功耗:了解生物电位信号链中的CMRR和RLD
    发布时间:2023-06-30 23:46:55 次浏览
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图 1 – 带 2 个和 3 个电极的偏置输入

共模抑制比

在双电位信号链中,典型的共模干扰源是来自交流电源的50/60Hz。身体充当天线,这个 50/60Hz 信号可以显示在电极上。虽然仪表放大器等元件的数据表上的CMRR规格很重要,但它只是系统CMRR的一部分。本数据手册规格是比较共模信号增益(A厘米) 到差模信号的增益 (A分米):

理想情况下,共模增益非常小,CMRR应该很高(例如100dB)。请务必查看典型性能曲线(TPC)以及CMRR与频率的关系(参见图8237中的AD2示例)。有时,数据表规格表仅提供直流时的 CMRR。

图2 – 不同增益下AD8237的CMRR与频率的关系

系统共模抑制比

影响整个系统CMRR的其他因素包括共模(CM)到差模(DM)转换以及隔离与非隔离解决方案。我们在第二篇中讨论了CM到DM的转换,当时在最前端讨论了交流耦合。进行差分测量时,任何接触输入的东西都需要平衡。这包括偏置电阻器、RFI 滤波器、电缆、连接器、印刷电路板,甚至电极本身。图 3 显示了一个示例,以及 CMRR 与频率的关系如何受到影响。

图 3 – 系统CMRR与频率的失配效应示例

为了模拟50/60Hz注入人体的情况,可以使用一个简单的电容分压器,并用从主体到交流电源的电容(Ct)和从体到地的电容(Cb)来表示。非隔离电路在系统接地和接地之间将存在直接短路。隔离电路(如电池供电解决方案)在隔离接地和接地之间具有一定的杂散电容(C杂散),如图4模型所示。您可以看到第三个电极(Ze3)的好处,因为它提供了从主体到地面的直接路径,在电容分压器周围分流并降低测量电极(Ze50,Ze60)拾取的1/2Hz电压。否则,在2电极溶液中,50/60Hz电流路径通过Zc1和Zc2共模输入阻抗。这导致输入电极上的共模电压较大,然后由于不匹配而转换为差模。

图 4 – 分离的 2 电极和 3 电极生物电位测量模型

右腿驱动

右腿驱动这个名字来自通常放置第三个电极的位置(离心脏最远)进行心电图测量。然而,第三个电极不限于这个位置。该电路通过检测输入端的共模(Vcm)、缓冲、反相(通常使用积分器电路)并驱动回体内来构建。这会产生一个反馈环路,其中50/60Hz时的较高环路增益可改善共模抑制。参见图8233中推荐用于AD5的示例电路和积分器传递函数。积分器交越频率设定为 ~1kHz。推到更高的频率会增加不稳定的风险,因此这里有一个权衡。

图5 AD8233

积分器电路和传递函数示例

请注意,对于非隔离解决方案或较大值的Cstray(例如带隔离的交流电源供电解决方案),该电路将更有效。随着Cstray变小,隔离解决方案还将改善系统CMRR,允许电池供电的测量电路随着共模上下移动。

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