基于肌音信號(hào)的仿生手信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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3．3 放大電路設(shè)計(jì)分析
由于人體肌音信號(hào)的特點(diǎn)，加上背景噪聲較強(qiáng)，采集信號(hào)時(shí)電極與皮膚間的阻抗大且變化范圍也較大，這就對(duì)放大電路提出了較高的要求，即要求放大電路應(yīng)滿足：高輸入阻抗；高共模抑制比；低噪聲、低漂移、非線性度?。缓线m的頻帶和動(dòng)態(tài)范圍。為此，選用Analog公司的儀用放大器AD620作為前置放大。AD620的核心是三運(yùn)放大電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。該放大器有較高的共模抑制比(CMRR)，溫度穩(wěn)定性好，放大頻帶寬，噪聲系數(shù)小，且具有調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)，是生物醫(yī)學(xué)信號(hào)放大的理想選擇。AD620只用一個(gè)外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)為1～1 000，而且它是低價(jià)格、低功耗、高精度的儀表放大器。AD620能確保高增益精密放大所需的低失調(diào)電壓、低失調(diào)電壓漂移和低噪聲等性能指標(biāo)，故可用于精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，作為各種微弱信號(hào)的前置調(diào)理器。圖3為AD620的腳位圖。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162978.htm
3．4 低通濾波電路
濾波是指讓被測(cè)信號(hào)中的有效成分通過(guò)而將其中不需要的成分抑制或者衰減掉的一種過(guò)程。根據(jù)肌音信號(hào)低頻的特性，該系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，3 dB頻率是100 Hz，在200 Hz的衰減大于25 dB。
(1)低通無(wú)源濾波器
最簡(jiǎn)單的低通濾波器是由電阻和電容組成的無(wú)源RC濾波器，如圖4所示。頻率越低，容抗就越大，輸出電壓就越大，因此電路具有“低通”特性。電路的傳遞函數(shù)為：
式中：
為截止頻率。
幅頻特性為：
RC低通無(wú)源濾波器的主要缺點(diǎn)是帶負(fù)載能力差。若在輸出端并接一個(gè)負(fù)載電阻，除了使濾波電路的電壓放大倍數(shù)降低外，還會(huì)影響截止頻率的值。基于以上原因，最終未采用無(wú)源濾波電路，而使用了有源濾波器。
(2)低通有源濾波器
二階有源濾波器通過(guò)使用1個(gè)運(yùn)放、1～3個(gè)電阻和1～2個(gè)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。有源濾波器可以在兩級(jí)間實(shí)現(xiàn)隔離，主要是利用運(yùn)放高阻抗輸入和低阻抗輸出的特性。
濾波器方案如下：
方案一：2階濾波器，電路參數(shù)：R1=R2=22 kΩ，C1=2C2=0.033μF，
，
，如圖5所示。
方案二：巴特沃茲濾波器，截止頻率為100 Hz，如圖6所示。圖7為理論幅頻特性曲線。
濾波器測(cè)試結(jié)果：
測(cè)試濾波器的方法：用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的正弦波信號(hào)，通過(guò)濾波器，然后觀察不同頻率下濾波器對(duì)信號(hào)幅值的衰減情況，第一種方案的結(jié)果不盡人意，衰減并不明顯。第二種方案衰減較為明顯，如圖8依次為30 Hz(有效信號(hào)部分)，100 Hz(信號(hào)截止頻率)，200 Hz(頻率較高的干擾信號(hào))。30 Hz時(shí)，信號(hào)幅值沒(méi)有衰減；100 Hz時(shí)，信號(hào)幅值衰減明顯；到200 Hz時(shí)，信號(hào)幅值已基本全部衰減。基于以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終濾波電路采用了第二種方案。
評(píng)論