如何消驅動電路提高共模抑制比

2021-01-08 電子產品世界


心電檢測是在強共模幹擾下的微弱信號檢測，為了提高電路的共模抑制比，常採用對消驅動電路（右腿驅動）來提高共模抑制比。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201706/350261.htm

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.心電受到的工頻幹擾非常強，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，工頻幹擾常以共模形式出現。

在如此強的工頻幹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。採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於性能比較好的產品，這樣工頻幹擾的幅值還是達到了信號幅值的十分之一，對於醫生診斷來說是不能接受的，心電圖機普遍採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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