脑电放大器设计报告

脑电放大器设计报告（直流供电）3004202341—23004202341—2—陈露诗指导老师：李刚教授精密仪器与光电子工程学院04级生物医学工程二班陈露诗30042023412006-12—26脑电放大器(电池供电)设计报告3004202341—2—陈露诗—2007一、设计目的与意义)脑电概述脑电信号是与反映大脑神经活动有关的生物电位，由皮层内大量神经元突出后电位同步总和所形成的，是许多神经元共同活动的结果。对它进行检测可用于神经诊断和认知生理心理学研究，以及康复领域。现在已明确，在头皮上引导的脑电波振幅，在正常情况下，从波峰到波底为5〜200pV(而从大脑皮层上引导的电位变化可达到1mV其频率范围从小于1HzgiJ100Hz,波形因不同的脑部位置而异，并与觉醒和睡眠的水平相关，且存在很大的个体差异，也就是说脑电波在不同的正常人中也存在着不同的表现。因而脑电信号放大和采集的实现仍是一个难题。而实现脑电信号放大的主要困难在于高增益放大的同时去除各种干扰。通过电极和导线从头皮上或者从大脑皮层上直接将大脑产生的节律性电位变化，传送至特制的记录装置一一脑电图机上记录下来，形成动态曲线，这就是通常称为的脑电图(electroencephalogram,EEG)，脑电图反应了大脑皮质的自发脑电活动。输入盒2(JL输入盒2(JL导联选择3004202341—23004202341—2—陈露诗--: E。小「3",亡人匕m本设计要求滤波器的陡度系数要高，即波形要下降的速度较快。要求通带截止频率⑴p=35HZ,通带内增益K=500且保持平坦，在阻带截止频率⑴r=50HZ处至少衰减20dB,A(C) 2n 1(/c)2n2，即A()1(r/c)2nk ।k算得n4.7,因此滤波器至少1(50/35)2n应设为五阶。方案一：六阶巴特沃思低通滤波器设置低通滤波的截止频率为35H乙归一化值:C1=1.035F,C2=0.9660F,C3=1.414F,C4=0.7071F,C5=3.863F,C6=0.2588F;A(C) 2n 1(/c)2n2，即A()1(r/c)2nk ।k算得n4.7,因此滤波器至少1(50/35)2n应设为五阶。方案一：六阶巴特沃思低通滤波器设置低通滤波的截止频率为35H乙归一化值:C1=1.035F,C2=0.9660F,C3=1.414F,C4=0.7071F,C5=3.863F,C6=0.2588F;R1=R2=R3=R4=R5=R6=1 _ _4FSR=Afc=628;Z=10去归一■化后的标称值C1=470nFC2=470nFC3=680nFC4=330nFC5=2.2pF,C6=0.1pF;R1=R2=R3=R4=R5=R6=WK测试结果如右图所示：可从图中看出输出波形有波纹,为100mV通带截止频率为35.56HZ且 50HZ频率的输入信号的输出波形幅值约频率/HZ1.4413.0025.01810.2415.120.0224.9329.9935.56幅值/V0.60.6560.670.650.650.6280.610.5840.474频率/HZ35.9436.9938.0140.14249.8955.0180.65100幅值/V0.4520.410.3760.3040.240.1020.070.0060.002测试数据为:INPUTtI..DCACCURATE

OUTPUT方案二：用集成芯片MAX280本方案采用MAX291共电路图如左图，-BUFFERED

OUTPUTFBMAX20OOUTStXJTT电容C的计算公式： 上162时钟信号计算公式:Fosc=100fc经RC调整后，可按如下公式选取参数选取：R=17.1517K（真实值17.5K）;C=0.47pF（真实值0.465pF）;Cosc=1410.75PF（真实值1500PR）R1=R2=30K,R3=15©,R4R1=R2=30K,R3=15©,R4'为10k电位器，R4=100KQ。测试结果：通带截止频率为34.36HZ频率/HZ1.5213.6420.0634.3639.9149.976079.9890.06100幅值/V110.9760.7060.4060.1440.0580.0150.0090.0064、后级放大电路图如右图所示：采用反相放大器进行后级放大前端加有电容，隔直用。放大器正输入端接有平衡电阻，减少直流偏置。

1）测心电用：增益A1=-R2/R1=-2;参数选择：C1=mF（真实值0.712NF）,R1=508©,R2=992©,平衡电阻为R3=R1//R2=326KQo高端截至频率为：0.44HZ。2）测脑电用：增益A2=-R2/R1=-20;参数选择：取R1=220KQ,R2=4.7MQ,平衡电阻为R3=R1//R2=210KD;C1=2.2pF。5、电源设计方案一：利用四节干电池供电，中间接地，将另一端j拉至-3v。此方案实现较为简单，但电池节数太多，不利于整机携带。所以可选电池盒来双端供电。方案二：采用单电源供电，可减少电池节数，但需要单独引地线较为麻烦。因为选用的前置主放大；MAX4194其双端供电电压为土2.7〜±3.3V,不在此范围内的供电电压难以使之工作，对于电池供电很难保证电池电压在此范围内，所以考虑到使用单端供电。供电方法如图所示：6、稳压电路：用集成芯片实现稳压。MAX603T实现1.25V-11V的稳压输出。由于采用单端供电，产生了一个幅值为6、稳压电路：用集成芯片实现稳压。MAX603T实现1.25V-11V的稳压输出。□LTlhE仃川GNDSET07MAXIMMW□LTlhE仃川GNDSET07MAXIMMWAJ4TO1OLTPUTVOLTAGE性能说明：?High-Power(1.8W)8-PinSOPackage?DualMode?Operation:FixedorAdjustableOutputfrom1.25Vto11V?LargeInputRange(2.7Vto11.5V)?Internal500mAP-ChannelPassTransistor?15ATypicalQuiescentCurrent?2A(Max)ShutdownMode?ThermalOverloadProtection?Reverse-CurrentProtection四、总结.在前级放大之前不宜加无源高通滤波。如果输入端设置电容隔置电路，势必会破坏输入端的平衡，使共模抑制能力下降。前级放大采用并联型差分输入以提高输入阻抗和共模抑制比；还采用了右腿驱动电路以减小共模输出。.为了减小50Hz交流电对共模信号的干扰，采用右腿驱动电路：即人右腿不直接接地，而是通过限流电阻与驱动放大器相连，当病人和地之间，由于漏电或其它原因出现高电压

时，右腿放大器立即饱和，这相当于病人不直接接地，减少了电击的危险。陷波器采用可调Q值和可调中心频率的双T型陷波网络，避免了陷波不彻底及陷掉其他频率波形的弊端.将导联线互相绞合，减少引线环路面积，空间磁感应干扰。.由于导线屏蔽层与芯线间的分布电容不对称性，故屏蔽导联线总长不应超过3米。.为了保证稳定的直流输入，采用了反馈调节的稳压电路，可以达到较好的稳压效果。.放大电路利用了仪器放大器的共模抑制比和增益的关系。结合右腿驱动电路、单片集成滤波器，实现了放大器的高性能。附图：AD620管脚图及其性能：（双电源供电）低失调电压：最大50N低漂移：最大0.5W/OC低输入偏置电流：最大2nA高共模抑制比：90dB以上输入保护最大可承受电压：±40V宽供电范围：±2.3一一±18V低静态失调电流：700隐OP07管脚图及其性能+IHVqsTRIM-INVdstrimv*VflUTN.C.8LeadDip.UIU4LowOffset+IHVqsTRIM-INVdstrimv*VflUTN.C.8LeadDipUliraLowOffsetVoltageDrift:UltraStablev».Time：UltraLowNoise:WfdeSupplyVoilage:±3Vto±18VHighCommonModeInput±14VNoExternalComponentsRequiredFitsAD510.725.lOBA/SOSA.741SocketsLM324四路运算放大器LM324四路运算放大器LM32布列集成运放是4组独立的高增益的、内部频率补偿、输入偏置电流是温度补偿的、单位增益带宽是温度补偿的运算放大器，它既可以单电源使用，也可以双电源使用，电源电压可以从+5V一直用到土15V,而且驱动功耗低，每一组运放差模增益可达到100dB。

FeaturesIntemalfyfrequencycornperisated2「unitygainLargeDCvoltagegain100d0Widebandwidth(unitygain)1MHz(temperaturecompensated)Widepowersupplyrange:Singlesupply3Vto32Vordualsupplies+1.5Vto116VVerybv；supplycurrentdrain(700pA)一essential^independentofsupplyvoltageLowinputbiasingcurre