新型脑电信号放大检测电路的设计（2） 电信号, 放大器, 高通, 检测, 仪表

图2所示电路的差动输出可以由式(1)计算：

　　其中Adu3是集成仪表放大器LT1167的差模放大倍数，且Adu3=(49.9 kΩ/Rg)+1
　　该电路的高通截止频率fc可以表示为：


　　其中：F1、F2、…为各级放大器的噪声系数，K1、K2…为各级放大器的功率增益。可见多级放大器的噪声系数将主要由第一级噪声决定。前置放大的总等效输入噪声电压与闭环增益成反比，适当加大第一级的差模放大倍数有利于降低噪声。所以在设计中挑选了具有很低噪声的集成运算放大器LMH6626，后级放大器选用LT1167。
　　3.1.2 器件介绍
　　LMH6626是美国国家半导体公司推出的一种双超低噪声宽带运算放大器。其主要性能特点如下：
　　噪声极低，输入电压噪声低至0.92 nV/(Hz)1/2(典型值)，输入电流噪声典型值为1.8pA/(Hz)1/2;
　　增益带宽达1.3 GHz;
　　电源电压为±6V时，输入失调电压为土o.1mV，温度漂移为±0.1μV/℃，输入失调电流典型值为0.05μA，温度漂移为0.7 nA/℃;
　　开环增益为81 dB(典型值)时，共模抑制比CMRR达95 dB，压摆率(SR)为340 V/μs;
　　LTll67是Linear公司的新型仪表放大器，它结合了FET运放和双极型运放的优点，其高输入阻抗和低偏置电流接近FET器件，而噪声水平跟双极型运放相同。具体的性能指标如下：
　　激光修剪电阻保证共模抑制比CMRR>110dB(G=10);
　　高输入阻抗l 000GΩ，并联1 pF;噪声电压0.28μVp-p，噪声电流10 pAp-p(0.1 Hz～10Hz);
　　输入偏置电流50pA;静态工作电流<13 mA。
　　LTll67比较适用于医疗仪器。其CMRR和闭环差模增益的关系见表1。
　　3.2 线性光耦合电路
　　隔离放大器具有极好的抗共模干扰能力，能有效地阻断前置放大电路和后级数据采集电路之间的电联系，但并不切断它们之间的信号传递。因此在脑电信号采集系统中采用隔离是必要的、也是可行的。该功能的实现一般由变压器及光耦合元件完成，其中变压器用于耦合交流信号，而光耦合器则用于直流信号的耦合。
　　以前光隔离产品一般不用在线性电路中，而只是将LED和光敏二极管构成的光电耦合器应用在数字信号隔离中，主要原因是这个时期的光电耦合器存在一定的非线性和不稳定性，使得该类器件不太适合脑电信号这样极微弱的生理电信号的高精度测量。而变压器隔离则有体积大、接线复杂等不足。
　　LOCllO线性光耦合器是美国CLARE公司生产的新型光耦合器，与一般光耦合元件不同的是，LOC110在伺服模式设计下运作，以补偿发光二极管的非线性时间及温度特性，能同时耦合交流及直流信号。LOCllO为取代脑电信号采集应用中大体积变压器及非线性光耦合器提供了另一种更佳的选择。
　　LOCll0有光电压和光电导两种工作模式。光电压模式下使用LOCllO光耦合器可达到最佳的线性度，最低的干扰及漂移性能。在这种模式下，电路线性度可以达到12位元，虽然这是以40kHz的较小带宽为代价的，但并不影响我们在该设计中的应用。本设计中，LOC110工作在光电压模式下，其原理见图3。


　　图3中定义：伺服增益K1=I1/IF，K2=I2/IF，K3=K2/K1，IF为发光二极管的顺向电流。则Vin=I1.R1=IF.K1.R1，Vout=I2·R2=IF·K2·R2，即Vout=Vin·(K2.R2)/(K1.R1)=Vin·K3·R2/Rl，一般取Kl=K2，所以Vout=Vin.R2/R1，即Vout与R2/R1成正比。