利用對消驅(qū)動提高心電信號測量共模抑制的原理分析

　　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。心電受到的工頻干擾非常強，一般情況下人體的工頻幅值在V級，比心電信號大3個數(shù)量級，工頻干擾常以共模形式出現(xiàn)，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。采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于性能比較好的產(chǎn)品，這樣工頻干擾的幅值還是達到了信號幅值的十分之一，對于醫(yī)生的診斷來說是不能接受的，心電圖機普遍采用對消驅(qū)動電路來進一步增強共模抑制能力。

　　如圖1所示，U2A和R9，R10，R11，C7共同組成了右腿驅(qū)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(qū)動的作用，計算中忽略C5，C6，U1A，U1B的誤差對共模抑制比的影響，同時R10和C7是為了系統(tǒng)穩(wěn)定而設(shè)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(dǎo)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(shù)為：

　　Vout=-(R9*Vcom)R8            (2)
　　根據(jù)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(shù)為：
　　Vin=R8*R11*jwC2/(R8*R11*jwC1+R8*R11*jwC2jwC1*jwC2*R8+jwC1*jwC2*R9)           (4)

　　帶入常用電路的典型參數(shù)：
　　R8=10kΩ，R11=100kΩ，R9=1MΩ，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(shù)下Vin幅值為：
　　Vin=1/3000=-69dB           (6)

　　按照上述參數(shù)設(shè)計的右腿驅(qū)動電路理論上可以提供69dB的共模抑制比，這是一個對消驅(qū)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(qū)動的共模抑制能力會劣化甚至產(chǎn)生震蕩，具體的電路需要根據(jù)需要進行調(diào)整。