基于肌音信號的仿生手信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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3．3 放大電路設(shè)計(jì)分析
由于人體肌音信號的特點(diǎn)，加上背景噪聲較強(qiáng)，采集信號時(shí)電極與皮膚間的阻抗大且變化范圍也較大，這就對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??；合適的頻帶和動態(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
濾波是指讓被測信號中的有效成分通過而將其中不需要的成分抑制或者衰減掉的一種過程。根據(jù)肌音信號低頻的特性，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)低通無源濾波器
最簡單的低通濾波器是由電阻和電容組成的無源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，還會影響截止頻率的值。基于以上原因，最終未采用無源濾波電路，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使用1個(gè)運(yùn)放、1～3個(gè)電阻和1～2個(gè)電容來實(shí)現(xiàn)。有源濾波器可以在兩級間實(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。
濾波器測試結(jié)果：
測試濾波器的方法：用信號發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的正弦波信號，通過濾波器，然后觀察不同頻率下濾波器對信號幅值的衰減情況，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(有效信號部分)，100 Hz(信號截止頻率)，200 Hz(頻率較高的干擾信號)。30 Hz時(shí)，信號幅值沒有衰減；100 Hz時(shí)，信號幅值衰減明顯；到200 Hz時(shí)，信號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。
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