EEPW论坛

　　引言

　　各种生物信号都属于低频的微弱自然信号，为了高精度,高速度地检测出背景噪声覆盖的微弱生物信号,高质量的前置放大器中一般都使用了低噪声运放。由于低噪声运放性能有别于普通运放,因而必须依据有关的噪声理论对低噪声运放进行分析和讨论,才能达到预期的效果。

　　对于人体电现象测量时，通常要求在若干测量点中取任意两点间的电位差值为输入量，据此，本文采用差动电路形式的前置放大器。

　　前置放大器的特点及选型

　　生物电是反映人体各种生理状态的一种重要信息，为了对生物信号进行各种处理和显示，必须首先将信号放大到所要求的强度。要获得便于单片机处理的心电信号,一方面要提高心电信号的信噪比,另一方面要将心电信号放大到足够幅度。为此,实现以上功能的生物电信号前置放大电路的设计就显得非常重要。

　　由于心电信号取自人体表面,信号源阻抗较大,背景噪声强。其干扰源来源广泛，主要有近场50Hz干扰和电极极化电压干扰。因为各种生物电信号中大都包含有50Hz的频率成分，而生物电信号的强度远远小于50Hz的干扰。电极与生物体之间产生的极化电压可达300mV。由于干扰源的影响，生物电前置放大器的放大倍数不能过大，以免干扰信号淹没有用信号。

　　因此要求采集心电信号的电路具有：1）高增益且可调节，生物电信号幅值小，因此应在保证共模抑制比较大的情况下提高前置放大器的增益；2) 高输入阻抗，a)生物电信号源本身是高内阻的微弱信号，通过电极提取又呈现出不稳定的高内阻性质。b)与放大器输入端相连的信号源内阻高达100kΩ,放大器输入阻抗应至少大于1MΩ。c)如果使信号源内阻与放大器输入阻抗之比为1/100，失真和误差可减小到忽略不计；3)高共模抑制比(CMRR值大)，为了抑制人体携带的干扰信号，选用差动放大形式，CMRR值越高，抑制干扰能力越强；4)低噪声，低噪声性能主要取决于前置级，正确分配放大器的增益等，可以获得良好的低噪声性能；5）低温漂，生物电信号大都为低频信号，基线漂移对测量带来严重影响。采用差动输入电路、设置复零电路等，能实现低漂移性能。

　　根据以上设计要求，选用ADI公司的高性能运放AD623，AD623是一个集成单电源|稳压器仪器|仪表放大器，它能在单电源（+3V到+12V）下提供满电源幅度的输出。AD623允许使用单个增益设置电阻进行增益编程，以得到更好的用户灵活性，且符合8引脚的工业标准引脚配置。在无外接电阻条件下，AD623被设置为单位增益（G=1），在接入外接电阻后，AD623可编程设置增益，其增益最高可达1000倍。AD623通过提供极好的随增益增大而增大的交流共模抑制比（AC CMRR）而保持最小的误差。线路噪声及谐波将由于共模抑制比（CMRR）在高达200Hz时仍保持恒定而受到抑制。AD623具有较宽的共模输入范围，它可以放大具有低于地电平150mV共模电压的信号，虽然AD623是按照工作于单电源方式进行的优化设计，但当它工作于双电源（±2.5V至±6.0V）时，仍然能提供优良的性能。

　　低功耗（3V时1.5mW）、宽电源电压范围、满电源幅度输出，使AD623成为电池供电应用的理想选择。在低电源电压下工作时，满电源幅度输出级使动态范围达到最大。AD623可取代分立的仪表放大器设计，且在最小的空间内提供很好的线性度、温度稳定性和可靠性。