一種獨(dú)特的腦電信號(hào)放大檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
腦電信號(hào)(EEG]是由腦神經(jīng)活動(dòng)產(chǎn)生并且始終存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的自發(fā)性電位活動(dòng)，含有豐富的大腦活動(dòng)信息，是大腦研究、生理研究、臨床腦疾病診斷的重要手段。通過(guò)對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行記錄，以提供臨床數(shù)據(jù)和診斷的依據(jù)。因此腦電信號(hào)的提取具有非常重要的臨床意義。
2 設(shè)計(jì)時(shí)常遇到的技術(shù)困難
(1)腦電信號(hào)十分微弱，一般只有50μV左右，幅值范圍為5μV～100 μV。因此它要求放大增益比一般儀器要高得多;
(2)腦電信號(hào)頻率低，其范圍一般在0.5 Hz~35Hz，這使得放大器的低頻截止的選擇非常困難，當(dāng)受到尖峰脈沖干擾或?qū)?lián)切換的時(shí)候，放大器容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象;
(3)存在工頻50 Hz和極化電壓等強(qiáng)大的背景干擾。其中工頻50Hz干擾主要以共模形式存在，幅值較大，所以腦電信號(hào)放大器必須具有很高的共模抑制比。而極化電壓干擾的存在使得腦電放大器的前級(jí)增益不能過(guò)大;
(4)由于人體是一個(gè)高內(nèi)阻信號(hào)源，內(nèi)阻可達(dá)幾十千歐乃至幾百千歐，而且它的內(nèi)阻抗既易于變化，又可能各支路不平衡，所以，腦電信號(hào)放大器的輸入阻抗必須在幾兆歐以上。
可見(jiàn)，要設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的腦電信號(hào)放大器，要求前置放大器必須具有輸入阻抗高、共模抑制比高(CMBR)、噪聲低、非線性度小、抗干擾能力強(qiáng)以及合適的頻帶和動(dòng)態(tài)范圍等性能，這使得放大器的設(shè)計(jì)存在較大的困難，但這也是整個(gè)腦電信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否成功最重要的關(guān)鍵性的一個(gè)環(huán)節(jié)。
3 信號(hào)放大檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
腦電信號(hào)放大檢測(cè)電路如圖1所示。由該圖可知，該部分主要由緩沖級(jí)、前置差分放大電路、50 Hz工頻陷波電路、電壓放大電路、低通濾波器電路、電平調(diào)節(jié)電路、線性光耦合電路等組成。
在人體和腦電前置放大器之間設(shè)置緩沖級(jí)主要是為了實(shí)現(xiàn)更高的輸入阻抗，電平調(diào)節(jié)電路是為了滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換器輸入量程的需要。
3.1 前置差分放大電路
3.1.1 電路組成及特性
前置放大是整個(gè)腦電圖儀的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)在“三運(yùn)放”的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用新型的電路結(jié)構(gòu)，巧妙地利用了儀器放大器共模抑制比與增益的關(guān)系(見(jiàn)表1)，并結(jié)合阻容耦合電路、共模驅(qū)動(dòng)技術(shù)、浮地跟蹤電路等，可以在抑制直流干擾的情況下提供較高的共模抑制比，具有對(duì)外圍無(wú)源器件參數(shù)不敏感的特點(diǎn)。具體電路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。
UlA、UlB構(gòu)成并聯(lián)型雙運(yùn)放儀器放大器，在運(yùn)算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動(dòng)放大器的輸入阻抗為無(wú)窮大，共模抑制比也為無(wú)窮大，且其共模抑制比與外圍電阻的匹配程度無(wú)關(guān)。該部分電路具有提高輸入阻抗和提供電壓緩沖的作用。
阻容耦合電路由C1、C2、R6、R7等構(gòu)成，主要起隔離極化直流信號(hào)的作用，為后級(jí)儀器放大器提高增益，進(jìn)而為提高電路的共模抑制比創(chuàng)造了條件。
LT1167構(gòu)成后級(jí)放大器，將雙端差動(dòng)輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為常用的單端輸出信號(hào)。該級(jí)可做到很高的增益(通過(guò)改變Rg的大小)，從而得到較高的共模抑制比。
