利用 SPICE 分析理解心電圖前端中的右腿驅(qū)動(dòng)

心電圖 (ECG) 學(xué)是一門將心臟離子去極(ionic depolarization) 后轉(zhuǎn)換為分析用可測(cè)量電信號(hào)的科學(xué)。模擬電子接口到電極/患者設(shè)計(jì)中最為常見的難題之一便是優(yōu)化右腿驅(qū)動(dòng) (RLD) ，其目的是實(shí)現(xiàn)較高的共模性能和穩(wěn)定性。利用 SPICE 分析，可大大簡(jiǎn)化這一設(shè)計(jì)過(guò)程。

在 ECG 前端中，RLD 放大器具有 Vref 的共模電極偏置，并反饋經(jīng)過(guò)反相處理的共模噪聲信號(hào) (enoise_cm)，以降低測(cè)量放大器增益級(jí)輸入端總噪聲。圖 1 中，源 ECGp 和 ECGn 被分離開，目的是表明 RLD 放大器如何為一部分 ECG信 號(hào)提供共模參考點(diǎn)，而這一部分 ECG 信號(hào)可在測(cè)量放大器 (INA) 的正負(fù)輸入端看到。左臂、右臂和右腿的并聯(lián) RC 組合，代表了集總無(wú)源電極連接阻抗（本文后面部分以 52k 和 47nf 表示）。假設(shè) enoise 以寄生方式耦合至輸入，則 enoise_cm 的反饋會(huì)降低每個(gè)輸入端的總噪聲信號(hào)，并使用外部方法過(guò)濾剩余噪聲，或者利用測(cè)量放大器的共模抑制比 (CMRR) 來(lái)對(duì)其進(jìn)行抑制。

圖 1 LEAD I 和 RLD 簡(jiǎn)易連接

在圖 2、3 和 4 中，我們可以看到共模抑制變化情況，表明共模測(cè)試電路具有不同的RLD 放大器增益。這些圖表明，無(wú)反饋電阻器（即增益無(wú)限）時(shí)達(dá)到最佳低頻 CMRR；但是，在現(xiàn)實(shí)世界中，對(duì)于那些要求在某條輸入放大器引線被拔掉后 RLD 放大器仍能線性運(yùn)行的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，去除 DC 通路和/或?qū)?RF 設(shè)置為某個(gè)高值或許并不實(shí)際。

圖 2 CMRR 與 RLD 增益的關(guān)系

RF =100M
RF =10M
RF =1M
RF =100k
RF =10k

圖 3 CMRR 圖與頻率和 RLD 增益 (RF) 的關(guān)系