利用SPICE分析理解心电图前端中的右腿驱动 电信号, 稳定性, 模拟电子, 放大器

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心电图 (ECG) 学是一门将心脏离子去极(ionic depolarization) 后转换为分析用可测量电信号的科学。模拟电子接口到电极/患者设计中最为常见的难题之一便是优化右腿驱动
(RLD) ，其目的是实现较高的共模性能和稳定性。利用SPICE分析，可大大简化这一设计过程。
　　在ECG前端中，RLD放大器具有Vref的共模电极偏置，并反馈经过反相处理的共模噪声信号 (enoise_cm)，以降低测量放大器增益级输入端总噪声。图1中，源ECGp和ECGn被分离开，目的是表明RLD放大器如何为一部分ECG信号提供共模参考点，而这一部分ECG信号可在测量放大器 (INA) 的正负输入端看到。左臂、右臂和右腿的并联RC组合，代表了集总无源电极连接阻抗(本文后面部分以52kΩ和47nf表示)。假设enoise以寄生方式耦合至输入，则enoise_cm的反馈会降低每个输入端的总噪声信号，并使用外部方法过滤剩余噪声，或者利用测量放大器的共模抑制比 (CMRR) 来对其进行抑制。
　　

　　图1 LEAD I和RLD简易连接
　　在图2、3和4中，我们可以看到共模抑制变化情况，表明共模测试电路具有不同的RLD放大器增益。这些图表明，无反馈电阻器(即增益无限)时达到最佳低频CMRR;但是，在现实世界中，对于那些要求在某条输入放大器引线被拔掉后RLD放大器仍能线性运行的应用来说，去除DC通路和/或将RF设置为某个高值或许并不实际。
　　

　　图2 CMRR与RLD增益的关系
　　

　　图3 CMRR图与频率和RLD增益 (RF) 的关系
　　

　　图4 MCRR RLD与无RLD的关系
　　

　　图 5 小信号脉冲测试电路
　　

　　图6 图5输出的曲线图