生物电放大器的隔离共模抑制比
共模抑制比
共模抑制比：共模抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放差模增益与共模增益的比值。
共模抑制比是一个极为重要的指标，它能够抑制差模输入中的共模干扰信号。
由于共模抑制比很大，大多数运放的共模抑制比一般在数万倍或更多，用数值直接表示不方便比较，所以一般采用分贝方式记录和比较。
一般运放的共模抑制比在80~120dB之间。
电源电压抑制比：电源电压抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放输入失调电压随电源电压的变化比值。
电源电压抑制比反映了电源变化对运放输出的影响。
目前电源电压抑制比只能做到80dB左右。
所以用作直流信号处理或是小信号处理模拟放大时，运放的电源需要作认真细致的处理。
当然，共模抑制比高的运放，能够补偿一部分电源电压抑制比，另外在使用双电源供电时，正负电源的电源电压抑制比可能不相同。
输出峰-峰值电压：输出峰-峰值电压定义为，当运放工作于线性区时，在指定的负载下，运放在当前大电源电压供电时，运放能够输出的最大电压幅度。
除低压运放外，一般运放的输出输出峰-峰值电压大于±10V。
一般运放的输出峰-峰值电压不能达到电源电压，这是由于输出级设计造成的，现代部分低压运放的输出级做了特殊处理，使得在10k负载时，输出峰-峰值电压接近到电源电压的50mV以内，所以称为满幅输出运放，又称为轨到轨（raid-to-raid）运放。
需要注意的是，运放的输出峰-峰值电压与负载有关，负载不同，输出峰-峰值电压也不同；运放的正负输出电压摆幅不一定相同。
对于实际应用，输出峰-峰值电压越接近电源电压越好，这样可以简化电源设计。
但是现在的满幅输出运放只能工作在低压，而且成本较高。
最大共模输入电压：最大共模输入电压定义为，当运放工作于线性区时，在运放的共模抑制比特性显著变坏时的共模输入电压。
一般定义为当共模抑制比下降6dB是所对应的共模输入电压作为最大共模输入电压。
最大共模输入电压限制了输入信号中的最大共模输入电压范围，在有干扰的情况下，需要在电路设计中注意这个问题。
生物电位放大器
10 1
DC potential
AAP
10 2
EMG
10 3
ECG EEG EOG 0.1 1 10 100 1000 10000 Frequency(hz)
10 4 10
5
肌电图放大器
肌电图信号的频率范围是从25Hz到几千Hz.信号幅 度取决于信号的类型和所用电极的类型,从100uV到 90mV.因此它的频响必须比心电图放大器的宽,但不需 要象心电图放大器那样覆盖低频段. 如果用体表电极测量肌电图,信号电平通常很低,峰值 幅度为0.1~1mV,电极的阻抗较低,其范围约是200~5K, 因此对于相同的信号输出幅度来说,肌电图放大器必须 比心电图放大器有稍高的增益.而放大器的输入特性和 心电图的差不多相同.如果使用经皮针电极,信号幅度可 能增大一个数量级,因而所需的增益也可以降低一个数 量级.此外,心电图的表面积越小,信号源阻抗越高,则要 求放大器有较高的输入阻抗.
在不好的电气环境下,共模电 压有可能大于50mV!
实际的运放输入阻抗是有限的,所以它对共模电压 的衰减也是有限的.
in in va vb vcm ( Z inZ Z1 Z inZ Z 2 )
因为: 所以:
Z1 , Z 2 Z in
va vb vcm ( Z 2Z Z1 ) in
可以通过以下方法来减小这种干扰
＊ 利用屏蔽减小磁场
＊ 使心电图机和导联远离磁场 ＊ 减小线圈的等效面积
电气干扰的其他来源
＊ 大功率收音机,电视机或雷达设备的电磁干扰
＊ 医院的高频发生器产生的电磁干扰
＊ 身体内部的其他生物电干扰
过渡过程的保护电路
有些时候病人会对仪器产生危险,比如电外科器械会向 病人身上传入较高的电压,这个电压可能通过病人的电极进 入心电图机,这个大的电压足以损坏电子线路,也可能会在 记录过程中产生严重的过渡过程.解决方案是在每个电极和 地之间加入双端电压限制器,如下图所示
共模抑制比详解
，共模抑制比也不可 能力也就越差。
抑制共模抑制比详细解释定义为了说明差分放大电路抑制 共模信号及放大差模信号的 能力，常用共模抑制比作为一 项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的 电压放大倍数Aud 与对共模信号的电 压放大倍数 Auc 之比，称为共模抑制比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio ，因此一般用简写 CMRR 来表示，符号为 Kcmr ，单位是分贝db 。
差模信号电压放大倍数 Aud 越大，共模信号电压放大倍数Auc 越小，则CMRR 越大。
此时差分放大电路 抑制共模信号的 能力越强，放大器的 性能越优良。
当差动放大电路完全 对称时，共模信号电压放大倍数 Auc=0，则共模抑制比CMR Rs ，这是理想情况，实际上 电路完全对称是不存在的，共模抑制比也不可能趋于无穷大。
差分放大器影响共模抑制比的 因素◊电路对称性——电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差。
◊电路本身的 线性工作范围一一实际的 电路其线性范围不是无限大的，当差模信号 超出了电路线性范围时，即使正常信号也不能被正常放大，更谈不上共模抑制能力。
实际电 路的 线性工作范围都小于其工作电压， 这也就是为什么对共模抑制要求较高的 设备前端电路也采用较高工作电压的原因。
为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的 电压放大倍数 Aud 与对共模信号的 电压放大倍数Auc 之比，称为共模抑制比，用 KCMR 表示。
差模信号电压放大倍数 Aud 越大，共模信号电压放大倍数Auc 越小，则KCMR 越大。
此时差分放大电路抑制共模信号的 能力越强，放大器的 性能越好。
当差动放大电路完全对称时，共模信号电压放大倍数 Auc=0，则共模抑制比 KCMR>^ ，这是理想情况，实际上电路完全对称是不存在的 能趋于无穷大。
生物医学电子学实验指导书080711
7
左端（时基线零点）所对应的时间。VA1、VB1 分别表示在 1 号位置 A 通道和 B 通道的信号幅度值。
中间数据区表示 2 号指针所在位置测得的数据。T2 表示 2 号读数 指针离开时基线零点的时间值。VA2、VB2 分别表示在 2 号位置 A 通 道和 B 通道的信号幅度值。
增益；
3
R2 与 R3 失配仅影响 Ad，而不影响 CMRR、Ac。
由上可见三运放克服了基本差动放大器的不足，代价是增加为三
个运放。具体电路如图 3 所示。
20K V2
1458/1
+ -
10K V4
20K
10K
4.7K 741
-
1K
+
VO
20K V1
1K
1458/2 20K
-
+
V3
10K
100K V
10K
三、实验要求
图 3 电路图
1、在电子电路仿真设计软件 EWB/Multisim 环境下，搭建生物电 前置放大器电路；
2、测量并计算共模增益、差模增益、共模抑制比等各项特性参数； 3、从生理信号网站下载心电/脑电信号数据进行仿真观察； 4、观察三运放生物电前置放大器电路中各运放 CMRR 及电阻失配 对总 CMRR 的影响及相关特性测试。
4、连接三运放前置放大器电路图并接入信号源和虚拟示波器。如
图 2a.2 所示：
6
图 2a.2 5、测量和计算共模增益、差模增益、共模抑制比等各项特性参数 (1) 共模增益测量 将 17Hz 信号源幅度（差模信号）设置为 0V，50Hz 信号源（共 模信号）幅度设置为 1V。打开模拟电源开关，双击示波器图标并点击 “expand”按钮展开示波器面板。如图 2a.3 所示
【系统】数字化医疗仪器复习题
【关键字】系统《数字化医疗仪器》（数据采集系统）复习题答案2、医学仪器微机数据采集系统2.1、模数与数模转换器应用(1)判断题ADC0809可以利用转换结束信号EOC向8031发出中断请求。
（√）(2)单选题①ADC0809芯片的输出允许信号为（B）。
（A）STAT （B）OE （C）EOC （D）ALE②A/D转换器的分辨率是指（D）"（A）A/D转换器的转换电压范围（B）A/D转换器的位数（C）A/D转换器的转换时间（D）能分辨最小的量化信号的能力"(1)判断题A/D转换器转换精度最高的类型是积分式ADC。
（√）(2)单选题①A/D转换器转换速度最快的的类型是（C）。
（A）逐次逼近式（B）积分式（C）并行式（D）计数式②一个八位的ADC器件，当参考电压为＋5V时，该芯片能分辨的最小信号电压为：（B）（A）5V （B）19.53mV （C）39.06mV （D）0.05V(1)判断题DAC0832是一个带单缓冲锁存器的8位D/A转换器。
（×）(2)单选题①D/A转换器的分辨率是指（D）（A）转换输出电压范围（B）D/A转换器的位数（C）D/A转换时间（D）输入D/A转换器单位数码所对应的转换输出电压②当单片机接口的两路数模转换电路电压需要同时输出时，必须采用（D）。
（A）单极性输出电路（B）双极性输出电路（C）单缓冲输出电路（D）双缓冲输出电路2.2、数据采集系统(1)判断题数据采集系统中不一定有A/D转换器件。
（×）(2)单选题①如果被测信号变化很缓慢，多道传感数据采集系统可以不用的器件是（C）。
（A）多路模拟开关（B）放大器（C）采样保持器（D）A/D转换器②当采样器的采样频率fS与输入信号最高频率fm两者之间的关系满足（D）时，采样输出信号fS(t)能恢复成输入模拟信号f(t)。
（A）fS≥0.5fm （B）fS≥fm （C）fS≥1.5fm （D）fS≥2fm(1)判断题多路模拟开关的主要用途是把模拟信号同时地送入A/D转换器。
新型高共模抑制比生理电信号前置放大器设计的研究
新型高共模抑制比生理电信号前置放大器设计的研究姜 苇 李 刚 虞启琏 林 凌 刘 理 谢国明(天津大学精密仪器与光电子工程学院 天津 300072)摘要 本文在“三运放”的基础上,提出了一种新型的生理电前置放大器设计思路,电路结构简单,可以在抑制直流干扰的情况下,提供极高的共模抑制比。
该电路设计突出的优点是对外围无源器件的参数不敏感,即使采用低成本的常用芯片,无须刻竟匹配仍然可以达到良好的性能,尤其适合生理电信号的高精度测量。
关键词 生理电信号前置放大器 共模抑制比 阻容耦合 直流偏移电压Research on Novel H igh C M RR B iopoten ti a l Am pl if ierJ iang W ei L i Gang Yu Q i lian L in L ing L iu L i X ie Guom ing (S chool of P recision Instrum en t and Op to2E lectron ic E ng ineering,T ianj in U n iversity,T ianj in300072,Ch ina)Abstract A novel h igh G M RR bi opo tential amp lifier is p resented.T he p ropo sed circuit has m any interesting characteristics regarding si m p licity and co st,w h ile ach ieving h igh CM RR and effective DC interference supp res2 si on w ithout any tri m m ing.Key words B i opo tential amp lifiers Common mode rejecti on rati o(CM RR) RC coup led DC2offset vo ltage1 引 言生理电信号前置放大器是生理电测量仪器的重要组成部分,其作用是将微弱信号高保真放大,以便进一步处理、记录或显示。
共模抑制比定义
共模抑制比：让信号更纯净
共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio，简称CMRR）是一种用于衡量放大器抑制共模信号能力的指标。
通俗地理解，共模信号就
是传输过程中不期望出现的干扰信号，可能来自于电源、设备或者周
围环境等因素，对信号的准确采集和处理造成影响，因此需要被抑制。
CMRR指标越高，放大器就越能够抑制共模信号，也就是说信号输
出的纯净度更高。
同时，CMRR对于放大器的抗噪声能力等性能也有影响，因此在设计放大器电路时需要充分考虑CMRR这一指标。
CMRR的计算方法较为简单，一般使用公式
CMRR=20*log10(Ad/Adm)，其中Ad表示放大器的差模增益，Adm表示放大器的共模增益，单位是分贝（dB）。
较高的CMRR值通常需要通过电
路设计、布局、滤波等手段来实现。
同时，还可以通过使用更好的操
作放大器、提高供电电压、加强屏蔽等方法来提高CMRR指标。
总之，CMRR是一种极其重要的指标，对于放大器的性能和信号质
量有着直接的影响。
在实际应用中，需要选择适合的CMRR值，以保证
信号能够得到准确、稳定地处理和采集，同时也需要不断优化电路和
技术手段，提高CMRR指标，使信号的纯净度更高、稳定度更高，为应
用提供更好的数据支撑。
共模抑制比详解
共模抑制比详细解释为了说明差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用简写CMRR来表示，符号为Kcmr，单位是分贝db。
差模信号电压放大倍数Aud越大，共模信号电压放大倍数Auc越小，则CMRR越大。
此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强，放大器的性能越优良。
当差动放大电路完全对称时，共模信号电压放大倍数Auc=0，则共模抑制比CMRR→∞，这是理想情况，实际上电路完全对称是不存在的，共模抑制比也不可能趋于无穷大。
差分放大器影响共模抑制比的因素◇电路对称性——电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差。
◇电路本身的线性工作范围——实际的电路其线性范围不是无限大的，当差模信号超出了电路线性范围时，即使正常信号也不能被正常放大，更谈不上共模抑制能力。
实际电路的线性工作范围都小于其工作电压，这也就是为什么对共模抑制要求较高的设备前端电路也采用较高工作电压的原因。
为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud 与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制比，用KCMR 表示。
差模信号电压放大倍数Aud越大，共模信号电压放大倍数Auc越小，则KCMR越大。
此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强，放大器的性能越好。
当差动放大电路完全对称时，共模信号电压放大倍数Auc=0，则共模抑制比KCMR→∞，这是理想情况，实际上电路完全对称是不存在的，共模抑制比也不可能趋于无穷大。
电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差。