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通用串行总线脑电信号采集电路设计

 

    二级放大电路使用AD8*(A,B,D部)的U1C充当放大器,因为当频率在120 Hz以下时,AD8*的共模抑制比CMRR高达11O dB以上。通过调整R11和R14的比值,保证二级放大倍数为101倍。50 Hz工频干扰一直是电路设计中头痛的问题,在脑电这种微弱生物电提取系统中尤为突出。本文设计了由双T网络和运算放大器构成的有源双T陷波电路来抑制50 Hz工频干扰。
    信号放大检测电路是本系统一个非常重要的环节。它为后续数据采集和处理分析做了硬件上的准备。pcb抄板本系统采用高精度仪用放大器AD8221作为前置放大电路,具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声和抗干扰能力强等特点。当电极和皮肤接触时,可以产生几十毫伏的极化电位,所以前置放大器的放大倍数不能太大,以免造成电路的饱和。
    2.2 高低通滤波器及二次放大电路设计
    高低通滤波主要有两个作用:
    (1)去除脑电信号频率范围以外的无用信号,达到抗干扰的作用;
    (2)起到防混叠滤波的作用。为了不丢失有用信号,设计了截止频率为120 Hz的低通滤波电路和截止频率为0.5 Hz的高通滤波电路。
    低通滤波电路(见图2)使用AD8*芯片的U1A和U1B两部分组成巴特沃型二阶低通滤波器,负责把120 Hz以上的无用信号滤掉。高通滤波电路(见图3)由U1C组成巴特沃型高通滤波器,负责滤除0.5 Hz以下的干扰信号。
    对于脑电信号的测量,在时间的维度上,可以获得很高的解析率。然而,在空间的维度上,电路板克隆得到的分辨率却很低,这依赖于在头皮上安置电极的数量。本系统使用16路电极提取脑电信号,采样频率为1 000 Hz。由于脑电信号的固有特性及环境因素使得脑电信号背景噪声比较复杂,有50 Hz工频干扰、心电伪迹、肌电干扰、基线漂移、电极与皮肤的接触噪声以及周围其他仪器的电磁干扰等。因此,要求采集系统具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声放大,并能从强噪声中提取弱信号的高质量滤波措施等。
    脑电信号通常是通过在头皮表面放置一些电极来采集的。常用的电极种类有银管电极、针电极和粘连电极等,本系统使用银管电极,以实现头皮与脑电测量设备之间的连接。为了加强连通性和导电性,在电极与皮肤之间涂一些生理盐水。电极的放置采用国际10-20系统电极放置法。