肌電放大電路設(shè)計(jì)報(bào)告范文

肌電放大電路設(shè)計(jì)

報(bào)告肌電放大電路（電池供電）設(shè)計(jì)報(bào)告天津大學(xué)精儀學(xué)院04級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程一班

-王昊博一、設(shè)計(jì)目的及意義肌電是人體肌肉、神經(jīng)興奮產(chǎn)生生物電的結(jié)果。利用肌電信號(hào)能夠達(dá)到很多目標(biāo)，例如利用肌電控制假肢、肌電刺激治療肌肉萎縮、在體育活動(dòng)中診斷肌肉力量和肌肉疲勞等等。表面肌電則是從人體皮膚表面經(jīng)過(guò)電極記錄下來(lái)的神經(jīng)肌肉的生物電信號(hào)，具有無(wú)創(chuàng)性，操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)肌電信號(hào)特征：幅值小，15?100口V；信號(hào)頻譜寬10?1000Hz；脈沖時(shí)間0.6?20ms。存在的干擾：表面電極極化電壓（幾十個(gè)mV）,50Hz工頻干擾，器件本身的噪聲。帶通：5?500Hz設(shè)計(jì)中考慮的問(wèn)題：1、肌電信號(hào)幅值居中，前置級(jí)增益300,主放增益4。能夠把20UV~100UV的信號(hào)放大到能夠觀察的量級(jí)。2、雖然整個(gè)系統(tǒng)由電池供電，但因?yàn)楫a(chǎn)品主要在室內(nèi)使用，而且調(diào)試時(shí)需要用到信號(hào)源作輸入，因此依然要采取措施防止50Hz電場(chǎng)干擾。3、放大器前置級(jí)應(yīng)低噪聲、低漂移。放大器的噪聲決定了放大器能檢測(cè)到的微弱信號(hào)的下限。肌電幅值下限為20UV，因此在電極短路時(shí)的噪聲幅度應(yīng)在10UV以下。最好能達(dá)到5UV。4、為消除極化電壓，電極阻抗緩慢變化及測(cè)量時(shí)電極移動(dòng)造成的偽跡，前置級(jí)應(yīng)設(shè)有隔直電路（高通網(wǎng)絡(luò)），消除低頻干擾。

5、電路的共模抑制比應(yīng)盡可能高，一般要求80dB以上，最好能達(dá)到100dB。6、采用共模驅(qū)動(dòng)電路避免由參數(shù)不匹配帶來(lái)的共模干擾變成差模干擾從而和肌電信號(hào)相混雜的問(wèn)題，同時(shí)能夠提高共模輸入阻抗（右腿驅(qū)動(dòng)電路）7、為避免信號(hào)失真，在通頻帶內(nèi)增益應(yīng)保持一致，即幅值平滑。采用表面電極時(shí)，肌電信號(hào)能量集中在500Hz以下，本設(shè)計(jì)采用三階巴特沃思濾波器。1f噪聲），1f噪聲的轉(zhuǎn)8、肌電作為信號(hào)源內(nèi)阻很大，常常達(dá)到1000KQ以上，因此放大器的輸入阻抗必須在幾1f噪聲），1f噪聲的轉(zhuǎn)9、電阻噪聲主要有熱噪聲和低頻噪聲（折頻率為1.8Hz，作為帶寬要求5Hz~500Hz，1f噪聲能夠排除在外。為減小熱噪聲，電阻值也應(yīng)盡可能小，設(shè)計(jì)中前級(jí)放大輸入端也不允許串連任何額外電阻。10、采用電池供電，因此必須選用低功耗或微功耗的器件，電阻在允許范圍內(nèi)選擇阻值盡可能大的，降低整體功耗。根據(jù)以上分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：.總放大倍數(shù)1200?通帶：5Hz~500Hz.噪聲10UV以下?共模抑制比80dB以上

系統(tǒng)框圖:三、單元電路設(shè)計(jì)1、前置放大器部分前置放大器分為四部分：并聯(lián)差動(dòng)放大器構(gòu)成前級(jí)放大器，儀用放大器構(gòu)成后級(jí)放大器、阻容耦合電路，右腿驅(qū)動(dòng)電路。1、并聯(lián)差動(dòng)放大器在理想情況下的共模抑制比為無(wú)窮大，理想情況是指A1/A2的共模抑制比相匹配，一般來(lái)說(shuō)電阻的精度和阻值對(duì)這一部分的共模抑制比影響不大，但輸入阻抗因?yàn)榍凹?jí)放大器為反相而不會(huì)特別大。2、儀用放大器由高輸入阻抗，高共模抑制比，低噪聲的器件AD620構(gòu)成，因?yàn)樽枞蓠詈想娐返母糁弊饔茫軌虻玫礁咴鲆妗?、阻容耦合電路（時(shí)間常數(shù)電路）位于并聯(lián)差動(dòng)放大器和儀用放大器之間，作為一個(gè)高通網(wǎng)絡(luò)去掉了極化電壓。截止頻率f0=1/2nRC=5Hz。同時(shí)R6/R7作儀用放大器的輸入直流通道，為儀用放大器提供偏置電流，使電路能正常工作。4、右腿驅(qū)動(dòng)電路使用共模驅(qū)動(dòng)技術(shù)，把信號(hào)地和信號(hào)相關(guān)聯(lián)，去掉了共模電壓。參數(shù)和元件的選擇：1、A1?A4選用LM324，增益為20倍。它能夠工作在5V電源時(shí)。功耗為mW級(jí)，符合低功耗的要求。2、A5選用低噪聲儀器放大器AD620作為前置放大器核心元件抑制放大器本身的噪聲，增益為15倍，帶寬大于500Hz。3、前置級(jí)增益為20X15=300倍，帶有右腿驅(qū)動(dòng)電路和高通網(wǎng)絡(luò)。截止頻率f0=5Hz。共模抑制比110dB以上帶寬12KHz(1000V/V)輸入噪聲電壓9nV(10KHz)

TOPVIEW輸入噪聲電流72nV(10KHz)電源電壓2.3?18V（雙電源）功耗650mW2、低通濾波器部分TOPVIEW輸入噪聲電流72nV(10K