一种心电信号前置放大电路的制作方法
【专利摘要】一种心电信号前置放大电路，其特征是，包括双端输入、双端输出的差分放大电路，共模取样驱动电路，阻容耦合电路，以及双端输入、单端输出的差分放大电路；所述双端输入、双端输出的差分放大电路的双输入端与生物体接触电极连接，双输入端依次经过共模取样驱动电路和阻容耦合电路与双端输入、单端输出的差分放大电路的双输入端连接。本实用新型采用的前置放大器电路结构简单，可以在抑制直流干扰的情况下，提供极高的共模抑制比，它具有高输入阻抗，能够抑制生物体心电信号的干扰，具有高增益和低漂移，对直流信号不敏感，尤其适合生理电信号的高精度测量。
【专利说明】—种心电信号前置放大电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及信号放大处理【技术领域】，具体地说是一种心电信号前置放大电路。
【背景技术】
[0002]心电信号是一种典型的人体生理信号，具有生物电信号的普遍特征，比较微弱，幅度大约在0.1mV至5mV。心电信号是超低频信号，频率范围约在0.05Hz至10Hz ;心电信号通常伴有强烈的噪声干扰，主要有外部交流供电系统引起的50Hz工频干扰，内部肌电信号、呼吸波信号、脑电信号等引起的干扰，心电信号放大器电极与生物体接触产生的极化电压(极化电压表现为不稳定的直流信号，幅度可达300mV)的干扰等；心电信号是高阻抗信号源，阻抗从数千欧至数百千欧。
[0003]由于生物电信号幅度小、频率低并且易受外界环境干扰，为采集和测量带来了难度，因此对心电信号前置放大电路有如下要求:
[0004]( I)高输入阻抗，应该在IM Ω以上。
[0005](2)采用高共模抑制比(CMRR)的差分放大电路，以抑制生物体心电信号携带的干扰。
[0006](3)有较高增益和低漂移，心电信号前置放大电路电压增益应有数百倍。
[0007](4)对直流信号不敏感，心电信号前置放大电路应该是一个超低频交流信号放大电路，以抑制极化电压干扰。
实用新型内容
[0008]针对上述不足，本实用新型提供了一种心电信号前置放大电路，具有高输入阻抗，能够抑制生物体心电信号的干扰，具有高增益和低漂移，对直流信号不敏感。
[0009]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种心电信号前置放大电路，其特征是，包括双端输入、双端输出的差分放大电路，共模取样驱动电路，阻容耦合电路，以及双端输入、单端输出的差分放大电路；所述双端输入、双端输出的差分放大电路的双输入端与生物体接触电极连接，双输入端依次经过共模取样驱动电路和阻容耦合电路与双端输入、单端输出的差分放大电路的双输入端连接。
[0010]进一步地，本实用新型所述双端输入、双端输出的差分放大电路包括第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述共模取样驱动电路包括第三运算放大器U3、电阻R4和电阻R5，所述阻容耦合电路包括电容Cl、电容C2、电阻R6和电阻R7，所述双端输入、单端输出的差分放大电路包括仪表放大器Al和压敏电阻R8 ;所述第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2的正向输入端分别与生物体接触电极连接，反向输入端之间串联电阻R3，第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2的反向输入端与输出端之间分别串联电阻Rl和电阻R2 ;所述第一运算放大器Ul的输出端串联电容Cl后与仪表放大器Al的反向输入端连接，所述第二运算放大器U2的输出端串联电容C2后与仪表放大器Al的正向输入端连接；所述第三运算放大器U3的正向输入端分别经过电阻R4和电阻R5与第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2的输出端连接，反相输入端与输出端连接，输出端分别经过电阻R6和电阻R7与仪表放大器Al的反向输入端和正向输入端连接；所述压敏电阻R8为仪表放大器Al的外接增益调节电阻。
[0011]优选地，本实用新型所述的第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3均采用0P07CS芯片。
[0012]优选地，本实用新型所述仪表放大器Al采用AD620放大器。
[0013]本实用新型具有以下突出的有益效果:本实用新型双端输入、双端输出的差分放大电路采用由两个0P07CS芯片组成的并联型双运放仪器放大器，并联型双运放仪器放大器的优点是不需精密的匹配电阻，理论上它的共模抑制比为无穷大，且与其外围电阻的匹配程度无关。但并联型双运放仪器放大器的输出为双端差动输出信号，如果仅用单端输出信号时将不再具有这一优点，所以双端输入、单端输出的差分放大电路采用集成仪用放大器AD620，将双端差动输出信号转换为常用的单端输出信号。集成仪用放大器具有较优良的性能，但由于其共模抑制比正比于差模增益，而同时器件存在较高的失调电压和通常信号源中存在较大的直流偏移电压(如检测生理电信号时的极化电压和传感器中的零点偏移电压)，在直接应用集成仪用放大器作为前置放大器时并不取得最高的共模抑制比性能，于是本实用新型在使用集成仪用放大器并采用阻容耦合电路隔离直流信号，因而可使得集成仪用放大器取得较高的差模增益，从而得到很高的共模抑制比性能。共模取样驱动电路使得共模信号不经阻容耦合电路的分压直接加在集成放大器的输入端，避免了由于阻容耦合电路的不匹配而降低电路整体的共模抑制比。
[0014]本实用新型采用的前置放大器电路结构简单，可以在抑制直流干扰的情况下，提供极高的共模抑制比，它具有高输入阻抗，能够抑制生物体心电信号的干扰，具有高增益和低漂移，对直流信号不敏感，尤其适合生理电信号的高精度测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0016]图1是本实用新型的原理框图；
[0017]图2是本实用新型的电路原理图。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本实用新型的一种心电信号前置放大电路，它包括双端输入、双端输出的差分放大电路，共模取样驱动电路，阻容耦合电路，以及双端输入、单端输出的差分放大电路；所述双端输入、双端输出的差分放大电路的双输入端与生物体接触电极连接，双输入端依次经过共模取样驱动电路和阻容耦合电路与双端输入、单端输出的差分放大电路的双输入端连接。
[0019]进一步地，如图2所示，本实用新型所述双端输入、双端输出的差分放大电路包括第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述共模取样驱动电路包括第三运算放大器U3、电阻R4和电阻R5，所述阻容耦合电路包括电容Cl、电容C2、电阻R6和电阻R7，所述双端输入、单端输出的差分放大电路包括仪表放大器Al和压敏电阻R8 ;所述第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2的正向输入端分别与生物体接触电极连接，反向输入端之间串联电阻R3，第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2的反向输入端与输出端之间分别串联电阻Rl和电阻R2 ;所述第一运算放大器Ul的输出端串联电容Cl后与仪表放大器Al的反向输入端连接，所述第二运算放大器U2的输出端串联电容C2后与仪表放大器Al的正向输入端连接；所述第三运算放大器U3的正向输入端分别经过电阻R4和电阻R5与第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2的输出端连接，反相输入端与输出端连接，输出端分别经过电阻R6和电阻R7与仪表放大器Al的反向输入端和正向输入端连接；所述压敏电阻R8为仪表放大器Al的外接增益调节电阻。其中，所述的第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3均采用0P07CS芯片，所述仪表放大器Al采用AD620放大器。
[0020]本实用新型双端输入、双端输出的差分放大电路采用由两个0P07CS芯片组成的并联型双运放仪器放大器，并联型双运放仪器放大器的优点是不需精密的匹配电阻，理论上它的共模抑制比为无穷大，且与其外围电阻的匹配程度无关。但并联型双运放仪器放大器的输出为双端差动输出信号，如果仅用单端输出信号时将不再具有这一优点，所以双端输入、单端输出的差分放大电路采用集成仪用放大器AD620，将双端差动输出信号转换为常用的单端输出信号。集成仪用放大器具有较优良的性能，但由于其共模抑制比正比于差模增益，而同时器件存在较高的失调电压和通常信号源中存在较大的直流偏移电压(如检测生理电信号时的极化电压和传感器中的零点偏移电压)，在直接应用集成仪用放大器作为前置放大器时并不取得最高的共模抑制比性能，于是本实用新型在使用集成仪用放大器并采用阻容耦合电路隔离直流信号，因而可使得集成仪用放大器取得较高的差模增益，从而得到很高的共模抑制比性能。共模取样驱动电路使得共模信号不经阻容耦合电路的分压直接加在集成放大器的输入端，避免了由于阻容耦合电路的不匹配而降低电路整体的共模抑制比。
[0021]应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。
[0022]以上所述只是本实用新型的优选实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种心电信号前置放大电路，其特征是，包括双端输入、双端输出的差分放大电路，共模取样驱动电路，阻容耦合电路，以及双端输入、单端输出的差分放大电路；所述双端输入、双端输出的差分放大电路的双输入端与生物体接触电极连接，双输入端依次经过共模取样驱动电路和阻容耦合电路与双端输入、单端输出的差分放大电路的双输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种心电信号前置放大电路，其特征是，所述双端输入、双端输出的差分放大电路包括第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述共模取样驱动电路包括第三运算放大器U3、电阻R4和电阻R5，所述阻容耦合电路包括电容Cl、电容C2、电阻R6和电阻R7，所述双端输入、单端输出的差分放大电路包括仪表放大器Al和压敏电阻R8 ;所述第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2的正向输入端分别与生物体接触电极连接，反向输入端之间串联电阻R3，第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2的反向输入端与输出端之间分别串联电阻Rl和电阻R2 ;所述第一运算放大器Ul的输出端串联电容Cl后与仪表放大器Al的反向输入端连接,所述第二运算放大器U2的输出端串联电容C2后与仪表放大器Al的正向输入端连接；所述第三运算放大器U3的正向输入端分别经过电阻R4和电阻R5与第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2的输出端连接，反相输入端与输出端连接，输出端分别经过电阻R6和电阻R7与仪表放大器Al的反向输入端和正向输入端连接；所述压敏电阻R8为仪表放大器Al的外接增益调节电阻。
3.根据权利要求2所述的一种心电信号前置放大电路，其特征是，所述的第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3均采用0P07CS芯片。
4.根据权利要求2所述的一种心电信号前置放大电路，其特征是，所述仪表放大器Al采用AD620放大器。
【文档编号】A61B5/0428GK203935184SQ201420222485
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】杨佩璐 申请人:山东中医药大学