脑电信号采集方案选择

1、脑电信号的特征脑电信号的特征脑电信号采集电路的模块分析脑电信号采集电路的模块分析前置放大电路的选择前置放大电路的选择高、低通滤波器的设计和参数计算高、低通滤波器的设计和参数计算陷波器的设计陷波器的设计结论结论Contents脑电信号的特征大脑是人类思维活动的中枢，是接受外界大脑是人类思维活动的中枢，是接受外界信号，产生感觉，形成意识，进行逻辑思维，信号，产生感觉，形成意识，进行逻辑思维，发出指令，产生行为的指挥部。通过研究脑发出指令，产生行为的指挥部。通过研究脑电信号电信号(EEG)可以了解脑活动的机制及人的可以了解脑活动的机制及人的认知过程，也是诊断脑疾患的重要手段。认知过程，也是诊断脑疾患

2、的重要手段。脑电信号的特点主要有三个脑电信号的特点主要有三个:1.频率范围从频率范围从1Hz到到100Hz ;2.信号微弱信号微弱,幅度幅度5V到到100V;3.信号的信号的源阻抗高源阻抗高,易于受外界信号干扰。易于受外界信号干扰。 脑电信号采集电路的模块分析信号输入前置放大二级限波二（三）级放大高低通滤波一级限波A/D转换前置放大电路的选择目前，对于脑电信号的测量，在时间的维度，可目前，对于脑电信号的测量，在时间的维度，可以获得很高的解析率。然而，在空间的维度，得到以获得很高的解析率。然而，在空间的维度，得到的分辨率却很低，这依赖于在头皮上安置电极的数的分辨率却很低，这依赖于在头皮上安置电极

3、的数量。量。由于脑电信号的固有特性及环境因素使得脑电信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，有号背景噪声比较复杂，有50 Hz工频干扰、心电伪工频干扰、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，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。并能从强噪声中提取弱信号的高质量滤波措施等。 前置放大电路的选择方案一方案一：采用低噪声、低漂移的精：采用

4、低噪声、低漂移的精密仪表放大器仪表放大器密仪表放大器仪表放大器AD620AD620直直接作为前置放大器接作为前置放大器由于瞬间电极信号存在，放大倍数由于瞬间电极信号存在，放大倍数控制在控制在5050倍左右。倍左右。前置放大电路的选择方案二方案二：采用两个：采用两个OP07OP07与与AD620AD620构成的仪表放大电路共同作用。构成的仪表放大电路共同作用。其中信号经过并联差分放大电路其中信号经过并联差分放大电路后放大后放大5 5倍，然后再经过倍，然后再经过AD620AD620即即可放大较大的倍数。可放大较大的倍数。 LM324LM324构成阻容耦合电路放在两构成阻容耦合电路放在两级放大器之间

5、，起隔直通交的作级放大器之间，起隔直通交的作用。同时，由于前置放大器的输用。同时，由于前置放大器的输出阻抗很低，还采用了共模驱动出阻抗很低，还采用了共模驱动技术，避免了阻容耦合电路中的技术，避免了阻容耦合电路中的阻容元件参数不对称导致的共模阻容元件参数不对称导致的共模干扰转换成差模干扰的情况发生。干扰转换成差模干扰的情况发生。构建了一个阻容耦合电路构建了一个阻容耦合电路 ，前置放大电路的选择方案三方案三：利用：利用TITI公司生产的专用公司生产的专用EEGEEG（脑电信号采集）芯片（脑电信号采集）芯片ADS1298ADS1298直接搭建直接搭建高、低通滤波器的设计高通滤波器的截止频率设计为高通

6、滤波器的截止频率设计为0.5Hz0.5Hz低通滤波器的截止频率设计为低通滤波器的截止频率设计为100Hz100Hz低通滤波器为了加快衰减，采用了低通滤波器为了加快衰减，采用了二阶巴特沃低通滤波。二阶巴特沃低通滤波。RCRC滤波器截止频率的计算滤波器截止频率的计算：高、低通滤波器的设计LPF:100hzLPF:200hzHPF:0.5hzHPF:0.2hz50Hz陷波器的设计和选择方案一方案一：设计一个前级截止：设计一个前级截止频率为频率为50Hz50Hz的输出反向的输出反向180180的的带通滤波器和一个后级增益为带通滤波器和一个后级增益为一的加法器，使通过带通滤波一的加法器，使通过带通滤波器

7、的信号与原信号相加得到陷器的信号与原信号相加得到陷波效果。波效果。50Hz陷波器的设计和选择信号频率为信号频率为50Hz50Hz时的仿真时的仿真效果图效果图50Hz陷波器的设计和选择方案二方案二：对元器件偏差不敏感：对元器件偏差不敏感的陷波器的陷波器MAX4075MAX4075内部集成了高匹配度内部集成了高匹配度的电阻，使陷波器的的电阻，使陷波器的精度精度受到受到R1R1、R2R2、C1C1、C2C2影响，而陷波影响，而陷波深度深度只只受到芯片内部的集成电阻受到芯片内部的集成电阻R R的影响的影响。50Hz陷波器的设计和选择信号频率为信号频率为50Hz50Hz时的仿真时的仿真效果图效果图50H

8、z陷波器的设计和选择方案三方案三：基于：基于UAF42UAF42通用滤波通用滤波芯片的陷波器。内部原理如右芯片的陷波器。内部原理如右图。图。具有以下特点：具有以下特点：1. 1.通用性强，可根据需要设计通用性强，可根据需要设计成高通、低通、带通和带阻滤成高通、低通、带通和带阻滤波器。波器。2. 2.设计简单，设计简单，BBBB公司专门设计公司专门设计了一个软件，可以方便灵活地了一个软件，可以方便灵活地设计各种不同类型的滤波器。设计各种不同类型的滤波器。3. 3.具有高精度频率和高具有高精度频率和高QQ值。值。4. 4.片内集成高匹配电容。片内集成高匹配电容。50Hz陷波器的设计和选择实际中为保

9、证精确度，采用两实际中为保证精确度，采用两片芯片级联的方式，两片芯片片芯片级联的方式，两片芯片都采用软件提供的都采用软件提供的PP4PP4模型。模型。（如右）（如右）50Hz陷波器的设计和选择结论前置放大器前置放大器可以在可以在方案二和三之间选择。方案二和三之间选择。方案二的优点为成方案二的优点为成本低，电路较简单，缺本低，电路较简单，缺点为集成度低，电路受点为集成度低，电路受元件影响大。元件影响大。方案三的优点为芯方案三的优点为芯片是专用芯片，集成度片是专用芯片，集成度高，有生产的成品做保高，有生产的成品做保证。缺点为成本高。证。缺点为成本高。陷波器陷波器的方案选择上来说，的方案选择上来说，方案三较方案一、二具有内部方案三较方案一、二具有内部集成的高精度电容，用其设计集成的高精度电容，用其设计的陷波器具有调试方便对元件的陷波器具有调试方便对元件精度要求不高的优点。精度要求不高的优点。此外，此外，UAF42UAF42本