表面肌电信号前端处理电路论文

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1、广东药学院课程设计题目：表面肌电信号前端处理电路与采集系统指导老师：李洪波刘红秀班级：生物医学工程11（医学电子仪器方向）姓名：小组：第十组摘要针对生物肌电信号频率低、信号微弱以及干扰信号多等特点,设计完成1个生物肌电信号前置放大器。采用并联型双运放构成前级放大器获得高输入阻抗和高共模抑制比,通过共模信号取样驱动电路抑制阻容耦合电路中阻、容元件参数不匹配带来的差模干扰,利用仪用放大器AD620放大微弱的生物肌电信号;由低通和高通滤波电路滤除生物肌电信号中的低频和高频噪声;采用有源双T型陷波电路滤除50Hz的工频干扰。通过实验测试,该前置放大电路可以有效滤除噪声、抑制工频干扰和极化

2、电压,满足肌电信号放大的要求。关键词:肌电信号;放大;共模抑制比;工频干扰一、设计目的及意义肌电是人体肌肉、神经兴奋产生生物电的结果。利用肌电信号可以达到很多目标，例如利用肌电控制假肢、肌电刺激治疗肌肉萎缩、在体育活动中诊断肌肉力量和肌肉疲劳等等。表面肌电则是从人体皮肤表面通过电极记录下来的神经肌肉的生物电信号,具有无创性,操作简单的优点,有着广泛的应用前景。二、系统设计肌电信号特征：幅值小，15～100μV；信号频谱宽10～1000Hz；脉冲时间0.6～20ms。存在的干扰：表面电极极化电压（几十个mV）,50Hz工频干扰，器件本身的噪声。带通：5～500Hz设计中考虑的问题：

3、1、肌电信号幅值居中，前置级增益300，主放增益4。可以把20μV~100μV的信号放大到可以观察的量级。2、虽然整个系统由电池供电，但因为产品主要在室内使用，而且调试时需要用到信号源作输入，所以仍然要采取措施防止50Hz电场干扰。3、放大器前置级应低噪声、低漂移。放大器的噪声决定了放大器能检测到的微弱信号的下限。肌电幅值下限为20μV，所以在电极短路时的噪声幅度应在10μV以下。最好能达到5μV。4、为消除极化电压，电极阻抗缓慢变化及测量时电极移动造成的伪迹，前置级应设有隔直电路（高通网络），消除低频干扰。5、电路的共模抑制比应尽可能高，一般要求80dB以上，最好能达到100d

4、B。6、采用共模驱动电路避免由参数不匹配带来的共模干扰变成差模干扰从而和肌电信号相混杂的问题，同时可以提高共模输入阻抗（右腿驱动电路）7、为避免信号失真，在通频带内增益应保持一致，即幅值平滑。采用表面电极时，肌电信号能量集中在500Hz以下。8、肌电作为信号源内阻很大，常常达到1000KΩ以上，因此放大器的输入阻抗必须在几MΩ以上。9、电阻噪声主要有热噪声和低频噪声（f1噪声），f1噪声的转折频率为1.8Hz，作为带宽要求5Hz～500Hz，f1噪声可以排除在外。为减小热噪声，电阻值也应尽可能小，设计中前级放大输入端也不允许串连任何额外电阻。根据以上分析系统设计如下：总放大倍数1

5、200w通带：5Hz～500Hzw噪声10μV以下w共模抑制比80dB以上系统框架图：主放大器陷波器低通滤波器肌电信号前置放大器→→→→三、单元电路设计1、前置放大器部分：前置放大器分为四部分：并联差动放大器构成前级放大器，仪用放大器构成后级放大器、阻容耦合电路，右腿驱动电路。1、并联差动放大器在理想情况下的共模抑制比为无穷大，理想情况是指A1/A2的共模抑制比相匹配，一般来说电阻的精度和阻值对这一部分的共模抑制比影响不大，但输入阻抗因为前级放大器为反相而不会特别大。2、仪用放大器由高输入阻抗，高共模抑制比，低噪声的器件AD620构成，因为阻容耦合电路的隔直作用，可以得到高增益。

6、3、阻容耦合电路（时间常数电路）位于并联差动放大器和仪用放大器之间，作为一个高通网络去掉了极化电压。截止频率f0=1/2πRC＝5Hz。同时R6/R7作仪用放大器的输入直流通道，为仪用放大器提供偏置电流，使电路能正常工作。4、右腿驱动电路使用共模驱动技术，把信号地和信号相关联，去掉了共模电压。2、前置放大器：LM324AD6203、电源电路：利用5V适配器供电，34066产生正负5V电压4、低通滤波器：如图，采用巴特沃斯三阶低通滤波器，截止频率500Hz。参数为R1=R2=16K，C1=0.02μF，C2=0.04μF，C3=0.01μF。两个滤波器均采用LM3245、50Hz陷

7、波器：虽然前端采用集成化器件已经有了很高的共模抑制比，但由于它不能消除干扰以及后级电路再次引入50Hz工频干扰，在电路的最后部分仍需加入50Hz陷波器，其可以采用双T带阻滤波器。6、主放大器：主放大器采用的是放大4倍的反相放大器，前面用一个0.1μF的电容起到低通隔直滤波作用，截止频率f0=1/2πRC=1.9Hz四、实验波形：心得体会 通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实