利用对消驱动提高心电信号测量共模抑制的原理分析
摘要：心电检测是在强共模干扰下的微弱信号检测，为了提高电路的共模抑制比，常采用对消驱动电路 （右腿驱动）来提高共模抑制比，本文分析了对消驱动电路的原理，结合实际电路实际验证了电路的效 果。 关键词：共模抑制比、运放 心电信号是人体特定的点与点之间的差模电压， 信号幅度在 0.5mV~8mV 之间，典型值为 1mV。心 电受到的工频干扰非常强，一般情况下人体的工频 幅值在 V 级，比心电信号大 3 个数量级，工频干扰 常以共模形式出现。 在如此强的工频干扰中检测出微弱的心电信号 是一大挑战，这就要求运放具有很高的共模抑制比， 一般要求在 60~120dB 之间，太低了影响心电图机 性能，太高的运放成本上会让人难以接受。采用高 共模抑制比的前置放大器，如在 50Hz 时 80dB 共模 抑制比的仪表放大器是属于性能比较好的产品，这 样工频干扰的幅值还是达到了信号幅值的十分之一， 对于医生诊断来说是不能接受的，心电图机普遍采 用对消驱动电路来进一步增强共模抑制能力。 图 1 对消驱动模型 8552 和 R9，R10，R11，C7 共同组成了右腿 驱动电路，其原理是通过 R6，R7 从人体取出共模 电压反向加到人体。下面我们通过公式来说明对消 驱动的作用，计算中忽略 C5，C6，U1A,U1B 的误 差对共模抑制比的影响，同时 R10 和 C7 是为了系 统稳定而设计的，不影响低频时共模抑制比的计算， 计算时忽略，公式推导如下： U1A，U1B 作用是阻抗变换的跟随器，有： Vcom=Vin (1) U2A 组成了一个反向放大器，其传递函数为： Vout=−(R9∗Vcom) R8 (2) 根据基尔霍夫电流定律有： (V1−Vin)∗ jwC11 Vin∗ jwC2+(Vin−Vout) R11 (3) 得到 Vin 传递函数为： Vin=R8∗R11∗JWC2 / ( R8∗R11∗ jwC1+R8∗R11∗ jwC2 jwC1∗ jwC2∗R8+ jwC1∗ jwC2∗R9 ) (4) 带入常用电路的典型参数： R8=10kΩ，R11=100kΩ，R9=1M，C2=100pf 不考 虑电容的相位影响，略去极小项则： Vin=R8∗R11∗ jwC2 / (R8+R9) (5) 在以上参数下 Vin 幅值为： Vin=1 / 3000=−69dB (6) 按照上述参数设计的右腿驱动电路理论上可以 提供 69dB 的共模抑制比，这是一个对消驱动简化 模型，实际电路中考虑到阻容的误差，滤波电容对 相位的影响，运放的延迟等等，右腿驱动的共模抑 制能力会劣化甚至产生震荡，具体的电路需要根据 需要进行调整。 圣邦微电子在对消驱动电路上做了很多验证工 作，如器件的选择、线路板设计、电源结构等，在 本篇文档不再详述！
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