AD620和AD204在生理参数测量放大器的应用-设计应用

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【摘要】本文介绍应用AD公司新一代高性能隔离放大器和高精度、低噪声仪用放大器，设计新一代多通道、高性能生理参数放大器。

1引言生理参数测量放大器是测量生物电位、血压、体温等生理参数的重要单元电路。目前，绝大多数的生理参数放大器均采用三运放仪用放大器，并辅之以分立器件的悬浮电路，虽然可以满足一般要求，但由于集成化低，所用元件多，结构复杂，调试困难，难以满足当前各种微弱生理参数测量的高稳定性、高共模抑制比、高安全性的要求。笔者经几年研究、试验，采用AD公司生产的AD620高精度仪用放大器和AD204小型隔离放大器两个集成模块，可以任意构成心电、脑电、肌电、心室晚电位、高频心电、希氏束电图等各种微弱电位测量放大器，保证了性能的完美，指标的提高，使设计调试极度简化，而器件数量一般可以降至普通电路的1／5，满足生理信号的前置放大，隔离放大的低噪声、低飘移、高阻抗、高共模抑制比，高绝缘性能的要求，解决了多年来不易解决的难题。

2AD620和AD204的性能2．1．AD62O的性能AD62O采用激光晶片校准工艺，使电路元件间的匹配和跟踪性能完好，从而保证了该电路固有的高性能。图1是AD62O的简化电路结构与连接图。

图1

如图1所示，，TZ为超R结构，接成差分双极性输入方式，使电路具备了较高的输入阻抗和高精度性能。AI，AZ，A3类似三运放结构，由A3消除所有的共模信号，其增益为G一（RI＋RZ）／Rg＋1。由于Rg系外跨结构，可以通过它方便地调整放大器的增益，由于RI，RZ已校准到24．7K，其增益公式为：G一（RI＋RZ）／Rg＋1一49．4K／Rg＋1，因此Rg一49．4K／（G－I）。AD620采用8脚DIP封装，其尺寸比三运放电路成倍下降，功耗更低，仅1．3mA。由于超p处理，使输入偏置电流仅为InA，保证了模块的高阻抗、低噪音和高共模抑制比。在低频使用时，其噪声水平仅O．28pV。。，输入阻抗可达IOG欧，共模抑制比可达14OdB。

2．2AD204的性能从生理参数测量放大器的安全性能上讲，国际电工委员会（IEC）在通用安全标准方面要求是相当苛刻的，若不采用隔离，很难达到病人漏电流小于O．ipA的技术要求。目前常用的浮地式技术有电磁耦合和光电耦合两种。光电耦合的频率特性较好，线性度相对较差；电磁耦合的线性度优于光电耦合，但因需调制、解调电路，还要绕制变压器，工艺复杂。由于AD204采用了表面安装工艺和集成模块化技术，克服以上缺点，在频响要求相对较低的生理参数放大器方面，提供了较为理想的应用器件。光电耦合器尽管甩掉了电源变压器，但由于前级供电仍需悬浮电源，也无法摆脱绕制变压器之烦琐，因此这更加突出了隔离模块兼有悬浮供电电源的优越性。

AD2O4其主要技术性能：

①尺寸较小：每英寸可安装四个通道；

②低功耗：典型功耗为35mw；

③高准确性：非线性失真度只有O．O25％（K级）；

④高共模抑制性能：当增益为IO0倍时，可达130dB；

⑤频率特性：通频带可达SKHZ；

⑥高绝缘隔离：击穿电压可达2000V峰值（K级）；

⑦具有隔离电源输出。

图2

如图2所示，AD204采用调幅技术实现将信号变换耦合，达到悬浮放大的目的。它包含一个运放、调制器、解调器和一个电源变换系统。电源变换器被25KHZ，峰值为15V的方波所驱动，这个方波来自外部的配套电路AD246。整个隔离器的输出电压和运放的输出电压相等，也就是说，隔离器具有单位增益。而运放可以通过不同的连接获得所需的放大增益。调制器和解调器采用25KHZ方波驱动，其VISO十和VISO一为模块的电源输出，以提供被悬浮了的上放大器，其负荷为ZmA，输出土7．SV。

AD246为一时钟驱动器，它可以从单一的15V电源获得AD2O4所需的25KHZ时钟信号，该时钟电路可以在额定电压14．25V时操作至少32个AD2O4，并且每提高4OmV供电电压可多驱动一个隔离器。其电路连接如图3所示。

图3

3AD620和AD204的应用3．1ECG前置放大器图4为使用AD620的EGG前置放大器，采用土SV电源供电。其增益为IO倍，接成右腿驱动方式，AZ取出干扰信号将其反相，反馈到右腿以抵消右腿产生的共模抑制信号，以此来提高共模抑制比。由图可见，由于采用AD620，使原来复杂的前置放大器设计，变得容易多了。调整元件和分立器件的减少，使电路的可靠性得以大大提高。

图4

3．2医用隔离放火器AD204在医用生理参数测量中，主要可用来对信号进行悬浮隔离，同时可以做前置放大器的第二级，为保持较高的输入阻抗，反馈电阻Rf必须保持20Kfl才能使模块保持效果。当增益大于5时，需在FB和IN－COM端子上接一个100PF的电容。

图5给出了一个典型医用隔离放大器的实际应用例子。

图5

该电路由AD620和AD204组成，由AD246供电，组成了一个有创血压的悬浮式放大电路。其中BP为血压传感器，RI，Bp，WI支路提供血压传感器的工作偏置和输出零位，AD620做级放大器，AD204做第二级放大器兼做隔离器。Rg取1至10K，通过RZ，WZ调整反相器的放大比例，R4，RS，W3为调零电路，可以移去传感器固有的直流飘移电位。适当配置后级放大，即是一隔离式有创血压监护仪的良好放大电路。

3．3AD620和AD2O4在微弱生理信号测量中的综合运用心电信号中的微弱信号如心房晚电位、心室晚电位、希氏束电图及脑电诱发电位等信号，幅值十分微小，仅数微伏，又需隔离，使用AD62O和ADZO4构成的配合电路，十分适用。

采用AD62O和AD2O4配合，采用TLO64四运放九片集成电路可构成12导联ECG放大器，该放大器通过重新定义电极完全可以完成心室晚电位、心房晚电位、心电向量图、高频心电图、希氏束电图、及脑电、肌电图的放大任务。但电路须与微机密切配合才能正常工作。在导联设置上，本电路只采集了1，11和VI—V6的信号，其余的导联Ill，AVR，AVL，AVF是通过计算机采用数学方法计算所得。ECG放大采用了直接耦合方式，没有设置耦合电容。驮伏于ECG信号的直流成份如极化电压等，将会使心电信号以大幅度飘移，无法进行采集和分析。本放大器设计了D／A转换器直流电平移去电路，其原理是这些直流分量被A／D转化器量化后，被计算机所识别，然后求反将其数字信号输入D／A转换器，其转换后的电压与极化电位相反，予以抵消，从而保证了输出的零电平。由于消除了耦合电容，使放大器的过渡时间接近于零，极大提高了放大器的稳定性。

4．结果与讨论本文采用的AD62O和AD2O4模块极