利用對消驅動提高心電信號測量共模抑制的原理分析

　　摘要：心電檢測是在強共模干擾下的微弱信號檢測，為了提高電路的共模抑制比，常采用對消驅動電路(右腿驅動)來提高共模抑制比，本文分析了對消驅動電路的原理，結合實際電路實際驗證了電路的效果。

　　心電信號是人體特定的點與點之間的差模電壓，信號幅度在0.5mV~8mV之間，典型值為1mV。心電受到的工頻干擾非常強，一般情況下人體的工頻幅值在V級，比心電信號大3個數量級，工頻干擾常以共模形式出現，這就要求運放具有很高的共模抑制比，一般要求在60~120dB之間。采用高共模抑制比的前置放大器，如在50Hz時80dB共模抑制比的儀表放大器是屬于性能比較好的產品，這樣工頻干擾的幅值還是達到了信號幅值的十分之一，對于醫生的診斷來說是不能接受的，心電圖機普遍采用對消驅動電路來進一步增強共模抑制能力。

　　如圖1所示，U2A和R9，R10，R11，C7共同組成了右腿驅動電路，其原理是通過R6，R7從人體取出共模電壓反向加到人體。下面我們通過公式來說明對消驅動的作用，計算中忽略C5，C6，U1A，U1B的誤差對共模抑制比的影響，同時R10和C7是為了系統穩定而設計的，不影響低頻時共模抑制比的計算，計算時忽略，公式推導如下：　　

 

　　U1A，U1B作用是阻抗變換的跟隨器，有：
　　Vcom=Vin (1)

　　U2A組成了一個反向放大器，其傳遞函數為：
　　Vout=-(R9*Vcom)R8 (2)

　　根據基爾霍夫電流定律有：
　　(V1-Vin)*jwC11
　　Vin*jwC2+(Vin-Vout)R11 (3)

　　得到Vin傳遞函數為：
　　Vin=R8*R11*jwC2/(R8*R11*jwC1+R8*R11*jwC2jwC1*jwC2*R8+jwC1*jwC2*R9) (4)

　　帶入常用電路的典型參數：
　　R8=10kΩ，R11=100kΩ，R9=1MΩ，C2=100pf不考慮電容的相位影響，略去極小項則：
　　Vin=R8*R11*jwC2/(R8+R9) (5)

　　在以上參數下Vin幅值為：
　　Vin=1/3000=-69dB (6)