医学信号检测前置放大及滤波电路设计其他信号word文档
生物医学电子学-生物电前置放大器设计
稍稍增加成本、在存在强干扰和要求高时使用
介绍内容
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
输入滤波
目的 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
高通滤波
抑制极 化电压
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
目的
第一层 效益
介绍内容
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
右腿驱动
从图（b）所示等效电路可以求出辅助放大 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
2 V V cm o 0 Ra RF
（1 ）
2RF V 由此得 V o cm Ra
e
隔离放大器
前置放大器
c iF iO
后级放大器
其他电路
电池
DC/DC
交流电源
2 R 2 V cm V 0 V V oF o cm Ra RF a
介绍内容
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
Uic Uid/2 ＋VCC R0 ＋ECC －VCC A3 －ECC －VCC Uid/2
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
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
50Hz 工频电源线
屏蔽 技术的缺点
屏蔽室
大幅度增加成本、使用不便 稍稍增加成本、使用稍为不便，是最常用的手段。
用于生物医学信号获取的模拟前端电路设计
本文针对生物医学信号获取的模拟前端电路设计进行了深入研究，提出了一种基于运算放大器和精密电阻的模拟 前端电路，实现了对微弱生生物医学信号获取领域提供了一种新的、有效的模拟前端电路设计方法，有助于改善现有生物 医学信号获取设备的性能和精度。
研究不足与展望
不足
虽然本文提出的模拟前端电路设计在实验中表现良好，但由于实验条件的限制，尚未对电路进行全面 的实际应用验证，如长时间运行稳定性、抗干扰能力等。
展望
未来研究可进一步优化电路设计，提高其在实际应用中的性能和稳定性。同时，可以探索将该模拟前 端电路与其他生物医学信号处理技术相结合，以实现对生物医学信号更高效、更精确的获取和处理。
精度和可靠性。
时域与频域特性
生物医学信号具有时域和频域的 特性，时域信号反映的是信号随 时间的变化情况，而频域信号反 映的是信号中不同频率成分的分
布情况。
生物医学信号的获取方式
电极测量法
通过将电极放置在生物体的表面或体内，测量电位差或电 流等电学参数，从而获取生物医学信号。例如，心电图、 脑电图等。
感谢您的观看
THANKS
发展趋势
分析当前研究的不足之处，阐述未来研究的趋势和方向，为 本研究提供理论依据。
02
生物医学信号获取与处理 概述
生物医学信号的特点
信号微弱
生物医学信号通常非常微弱，需 要经过放大和滤波等处理才能进
行准确的测量和分析。
噪声干扰
生物医学信号常常受到各种噪声 的干扰，如电磁干扰、电源波动 等，这些噪声会影响信号的测量
用于生物医学信号获取的模 拟前端电路设计
2023-11-08
目录
• 引言 • 生物医学信号获取与处理概述 • 模拟前端电路设计基础 • 用于生物医学信号获取的模拟前端电路设计实例 • 模拟前端电路在生物医学信号获取中的应用与优
新型心电信号前置放大电路设计解读
新型心电信号前置放大电路设计
摘要：基于经典的仪表放大器基本框架，改进和设计了一种可用于心电信号采集的前置放大器。
根据心电信号采集的特点，通过增加射频滤波器、右腿驱动电路和高通负反馈滤波器等措施，提高了放大器的共模抑制比，对被测的人体具有更安全的保护作用。
结果表明该放大器在频率响应特性、共模抑制比等性能参数方面符合标准，可用于ECG监护仪中。
关键词：心电图；放大器；共模抑制比；增益；滤波
中图分类号：TP342文献标识码：A文章编号：1009－3044(2008)01－10041－04
(责任编辑：背包走天下)。
生物医学信号前置放大及滤波电路设计
生物医学信号前置放大及滤波电路设计一、方案选择及电路设计：1．总体电路图此电路由前置放大电路和滤波电路构成，框架图如1-1。
前置放大滤波显示1-1总框架图图1-2 心电信号前置放大及滤波电路图2．前置放大电路：1）前置放大电路的要求：由于生物电信号源产生的信号幅度小，频率低，而且生物电信号源内阻高，存在较强的背景噪声和干扰，而生物电放大器是为了测量生物电位而专门设计的放大器，其最主要的作用就是把微弱的生物电位信号的幅度放大，以便进一步处理、记录或显示。
因此要求生物电放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、高增益、低噪声、低温漂、合适的频带宽度和动态范围等特性。
而放大器的输入阻抗、噪声、漂移及共模抑制比等特性的好坏主要由前置放大器所决定。
为了克服测量生物电时伴随的较强的模干扰，在生物电放大器的前置级通常采用差动放大以提高共模抑制比。
放大级通常包括初级差分放大和运放构成的主放大级,在本次实验中，初级差分放大采用的是三运放前置放大电路，主放大极由一个集成运放和电阻构成2）前置放大电路的构成：本次设计使用三运放前置放大器,它具有以下优点:(1) 输入阻抗高,由运放输入阻抗决定;(2) 可适当减少R4和R1,从而使CMRR 增大,而不影响输入阻抗与增益;(3) R2和R3失配仅影响CMRR 和Ac;如图1.3所示：图1.3 前置放大电路电路图它的第一级是有两个运放A1和A2组成，信号由两个同相输入差分放大器，因而有很高的的输入阻抗，可达1M Ω以上；第二级是由A3构成的基本差分放大器。
由于理想运放输入阻抗近似为零，A1和A2输入端的两个电阻R2与电位器R1相并联，所以可以得到：45)3221(R R R R Ad ⨯⨯+==303）电路分析① 参数设置：R4=500Ω ,R2=2KΩ ,R1=4K Ω ,R3=2kΩ，R5=5K Ω② 高输入阻抗：由于人体的心电信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减小信号源内阻的影响，必须提高放大器的输入阻抗，输入阻抗是指开环运行时，从两个输入端看进去的动态阻抗，它等于两个输入端之间的电压的变化和引起的输入电流的变化的比值。
心电前置放大器设计说明书
一、生物医学信号的基本特征 (3)1、频率特性 (3)2、幅值特性 (3)3、信号源阻抗高 (3)4、强噪声和干扰 (3)二、对生理参数放大器的要求 (3)1、增益高 (3)2、输入阻抗高 (3)3、噪声极低 (3)4、共膜抑制比高 (3)5、基线漂移小 (3)6、频带适当 (3)7、隔离阻抗大 (3)三、滤波器的选择与参数设定 (4)1、考虑是否采用电子元件 (4)2、考虑截止频率附近的幅频、相频特性 (4)3、考虑通带和阻带所处范围（幅频特性） (4)（1）放弃使用带通滤波器 (4)（2）采用高、低通滤波器叠加滤波 (5)（3）增加陷波器。
(7)四、设计流程图 (7)五、设计电原理图 (8)六、设计具体说明 (8)1、同相并联型差动放大器 (8)（1）电路构成 (8)（2）高共模抑制比 (9)（3）差模电压放大倍数 (9)（4）作用 (9)2、反相放大器 (9)（1）放大倍数 (10)（2）作用 (10)3、四阶高通滤波器 (10)4、四阶低通滤波器 (11)5、陷波器 (11)6、整体参数选用情况 (12)（1）具有较高输入阻抗 (12)（2）放大器差动增益 (13)（3）具有较高共模抑制比 (13)（4）等效输入噪声 (14)（5）频带范围 (14)7、设计的仿真情况 (14)七、思考 (15)八、设计心得 (16)九、参考文献 (16)课程设计说明书一、生物医学信号的基本特征1、频率特性绝大多数生物医学信号处在DC至10kHz之间，并具有较宽的频带。
我们认为ECG处在0.5Hz至100Hz。
2、幅值特性绝大多数生物医学信号非常微弱。
ECG在mV级。
3、信号源阻抗高生物电信号源自活体，内阻在kΩ、MΩ级。
4、强噪声和干扰（1）干扰（来自测量系统外部的无用信号）：人体属于电的良导体，而且“目标”大，难以屏蔽，很容易接受外部电磁波干扰。
普遍存在的工频50Hz干扰几乎落在所有生物电信号的频带范围之内，完全淹没微弱的生物电信号。
前置放大
心电信号前端放大器设计一、设计用于检测人体心电信号的放大器，要求如下：1、输入阻抗≥10MΩ。
2、共模抑制比≥80dB。
3、电压放大倍数1000倍。
4、频带宽度为0.5Hz~100Hz。
5、放大器的等效输入噪声（包括50Hz交流干扰）≤200μV。
二、设计方案分析1、心电信号的特点及检测人体的各种生理参数如心电、脑电、肌电等生物电信号都是属于强噪声背景下微弱的低频信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。
心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一，与其他生物电信号相比，该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。
一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV，频带宽度为0.05Hz~100Hz，由于心电信号取自于活体，所以信号源内阻较高，且存在着较强的背景噪声和干扰。
在检测人体生物电信号时，需要采用所谓的生物电测量电极，又称引导电极来实现的，通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。
对于心电信号的检测，临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形，对测定心电信号（ECG）的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。
目前国际上均采用标准导联，即将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面，并通过较长的屏蔽导线与心电放大器相连接。
标准导联有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
其具体联接方法如图。
LAⅠ导联Ⅱ导联Ⅲ导联图1 标准导联联线方法2、心电信号放大器设计要求及组成根据心电信号的特点，对心电信号放大器的要求是高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移、合适的通频带宽度和输出较大的动态范围等。
典型的心电信号放大器的组成如图所示，主要有前置放大、高通滤波、低通滤波、50Hz陷波器、电压放大等电路。
图2 心电信号放大器组成框图三、 主要单元电路参考设计 1.心电信号前置级放大电路由于心电信号属于高强噪声下的低频微弱信号，所以要求前置放大器应具有高输入阻 抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、具有一定的电压放大能力等特点，选择仪表放大器即可满足要求。
脑电信号放大检测电路设计
脑电信号放大检测电路设计脑电信号放大检测电路设计1 引言脑电信号(EEG]是由脑神经活动产生并且始终存在于中枢神经系统的自发性电位活动，含有丰富的大脑活动信息，是大脑研究、生理研究、临床脑疾病诊断的重要手段。
通过对脑电信号进行记录，以提供临床数据和诊断的依据。
因此脑电信号的提取具有非常重要的临床意义。
2 设计时常遇到的技术困难(1)脑电信号十分微弱，一般只有50μV 左右，幅值范围为5μV～100 μV。
因此它要求放大增益比一般仪器要高得多;(2)脑电信号频率低，其范围一般在0.5 Hz~35Hz，这使得放大器的低频截止的选择非常困难，当受到尖峰脉冲干扰或导联切换的时候，放大器容易出现堵塞现象;(3)存在工频50 Hz和极化电压等强大的背景干扰。
其中工频50Hz干扰主要以共模形式存在，幅值较大，所以脑电信号放大器必须具有很高的共模抑制比。
而极化电压干扰的存在使得脑电放大器的前级增益不能过大;(4)由于人体是一个高内阻信号源，内阻可达几十千欧乃至几百千欧，而且它的内阻抗既易于变化，又可能各支路不平衡，所以，脑电信号放大器的输入阻抗必须在几兆欧以上。
可见，要设计出高质量的脑电信号放大器，要求前置放大器必须具有输入阻抗高、共模抑制比高(CMBR)、噪声低、非线性度小、抗干扰能力强以及合适的频带和动态范围等性能，这使得放大器的设计存在较大的困难，但这也是整个脑电信号采集系统设计能否成功最重要的关键性的一个环节。
3 信号放大检测电路设计脑电信号放大检测电路。
由该图可知，该部分主要由缓冲级、前置差分放大电路、50 Hz工频陷波电路、电压放大电路、低通滤波器电路、电平调节电路、线性光耦合电路等组成。
在人体和脑电前置放大器之间设置缓冲级主要是为了实现更高的输入阻抗，电平调节电路是为了满足A/D转换器输入量程的需要。
3.1 前置差分放大电路3.1.1 电路组成及特性前置放大是整个脑电图仪的关键环节。
本设计在“三运放”的基础上，通过采用新型的电路结构，巧妙地利用了仪器放大器共模抑制比与增益的关系(见表1)，并结合阻容耦合电路、共模驱动技术、浮地跟踪电路等，可以在抑制直流干扰的情况下提供较高的共模抑制比，具有对外围无源器件参数不敏感的特点。
第三章 光电信号检测系统的前置放大和滤波Chapter 3. Pre-.
Chapter 3. Pre-amplification & filter of photoelectric signal detection system
引言 Introduction
在光电检测系统中，光探测器接收到的光信号通常十分微弱， 往往被淹没于噪声之中，不具备直接处理的条件，必须作预处理。
En2o ( f ) En2oEns ( f ) En2oEn ( f ) En2oIn ( f )
[En2s (
f
)
En2 (
f
)][
Zi ( f ) Rs Zi ( f
)
Av (
f
)]2
I
2 n
(
f
)[
Rs Zi ( f Rs Zi (
) f
)
Av (
f
)]2
(3.1.4)
注意:等号两边求时间平均时都会产生的系数 1/2 ，可互相约掉。
对前放结构的要求为 The requisitions on the structure of the pre-amplification circuit are： 1、紧凑； Compact in structure 2、靠近探测器；Close to the detector 3、良好的接地与屏蔽。Good earthing and shielding
预处理的目的为：The purposes of the pre-process include: （1）在光探测器与后续处理器间实现阻抗匹配；
To realize impedance matching between optical detector and post-processor
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课程设计任务书
（指导教师填写）
课程设计名称生物医学电子学课程设计Ⅰ学生姓名专业班级
设计题目医学信号检测前置放大及滤波电路设计（信号）
一、课程设计目的
通过设计和调试医学信号检测前置放大及滤波电路，深入了解医学信号放大器的特点，并掌握放大及滤波电路的有关指标。
二、设计内容、技术条件和要求
1、选择要设计的常用医学信号（如肌电、细胞膜电位、动脉压等）检测电路，将名称填入题目中的空白中。
查阅相关资料，根据信号特点，确定对检测放大电路输入阻抗、差模增益、共模抑制比、等效输入噪声等特性参数的要求；并根据信号特点，确定滤波器的相关特性参数。
2、计算和设计检测电路，绘制前置放大及滤波电路系统电路图；设计50Hz 工频滤波器，可以根据需要方便地加入电路中或者从电路中移除。
3、在EWB仿真系统中模拟测试设计电路，进行电路连接与调试；
4、测试和计算电路的放大倍数，截止频率、共模抑制比，等效输入噪声以及等效输入阻抗等参数，保存测试的波形文件，并对上述参数进行分析。
使安装和调试后的生物医学信号前置放大及滤波电路，满足指标要求。
5、在仿真系统中，使用含有干扰信号的模拟信号作为输入信号进行观察。
6、思考分析：
①设计的放大器，其共模抑制比主要受哪些元器件的影响？应如何选择这些元件才能保证具有较高的共模抑制比？
②如何进一步提高其抗干扰，尤其是抗工频干扰（50Hz）的能力。
三、时间进度安排
1、收集资料；（11月28日~11月29日）
2、熟悉EWB（/Multisim）设计软件，设计及调试；（11月30日～12月4日）
3、撰写和修改论文；（12月5日～12月7日）
4、演示与现场答辩。
(12月8日～12月9日)
四、主要参考书目
1．余学飞.医学电子仪器原理与设计.广州：华南理工大学出版社
2．王保华.生物医学测量与仪器.上海：复旦大学出版社
3．蔡建新.生物医学电子学.北京：北京大学出版社
4．周希贤.生物医学电子学及实验.兰州：兰州大学出版社
5．张唯真.生物医学电子学.北京：清华大学出版社
6．康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社
指导教师签字： 2011 年 11 月 25 日
（注：素材和资料部分来自网络，供参考。
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