AD977A在腦電信號采集系統(tǒng)中的應用

前言
腦電信號EEG(Electroencephalography)是由腦神經(jīng)活動產(chǎn)生并存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的自發(fā)性電位活動，含有豐富的大腦活動信息。它是大腦研究、生理研究和臨床腦疾病診斷的重要手段。記錄腦電信號，可為臨床診斷提供依據(jù)。因此，提取腦電信號具有重要的現(xiàn)實意義。由于腦電信號處理一般都是基于數(shù)字技術(shù)，因此電極采集到的模擬信號經(jīng)信號調(diào)理后，通過A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號是必不可少的過程。這里提出一種基于FPGA和AD977A的腦電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用FPGA作為信號處理器，并控制模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)高可靠性，高通用性的腦電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體設計
通過對人體進行視覺刺激、聽覺刺激或神經(jīng)刺激，使人體的大腦皮層產(chǎn)生一個誘發(fā)電位，通過電極連接來獲取該誘發(fā)電位，將此電位經(jīng)放大濾波后使其滿足采集系統(tǒng)要求，輸出的模擬信號通過高速串門A／D轉(zhuǎn)換器AD977A進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。給FPGA一個啟動／停止信號，用其控制模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換等。采用USB器件與FPGA直接連接，這樣通過時序即可控制FP-GA與USB的通信。圖1為系統(tǒng)總體設計框圖。

3 高速串行A／D轉(zhuǎn)換器AD977A簡介
A／D轉(zhuǎn)換器種類很多，其中F1ash A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度高，但分辨率低，適用于雷達信號的采集及處理等方面；∑-△A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度低，適用于音頻及低頻信號的采集處理等領域；逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和分辨率介于前兩者之間，適用于控制系統(tǒng)等中速率采集而分辨率要求較高的場合。而AD977A是一款逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器，AD977A具有以下主要特點：單電源5 V供電；最高采樣速率為200 kS／s；內(nèi)部2．5 V參考電源可選；高速串行數(shù)據(jù)接口；內(nèi)部時鐘可選；低功耗，最大功耗100 mW，省電模式下50 μW；輸入電壓范圍：單極性0～4 V，0～5 V和0～10 V；雙極性-3．3～+3．3 V，-5～+5 V和-10～+10 V；采用20針DIP或SOIC封裝。AD977A內(nèi)部功能框圖如圖2所示。