消驱动电路提高共模抑制比的原理分析

时间:2012-03-31 11:57:41点击:次

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，电路板克隆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

U2A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，C6，1A,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Vsub>in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，pcb抄板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。