高性能多通道生物电放大器

多通道生物电放大器在许多生物医学仪器中得到应用,如脑电图机一般有16通道的放大器,12导同步采样心电图机则至少有9通道的放大器,而体表心电图检测系统中则有多达128通道或更多通道的生物电放大器.多通道生物电放大器不仅需要具备单通道的生物电放大器的特点,如高输入阻抗、高共模抑制、高增益、低漂移、低噪声、低输出阻抗、合适的通频带和动态范围,还必须结构简单,调整方便.否则,一个几十通道甚至几百通道的放大器的复杂程度和成本都是令人难以接受的.

　　在体表生物电的检测中,难以避免的是极化电压的存在,为此几乎所有的体表生物电检测电路中无一例外地采用交流放大——带有高通滤波环节的放大器.由于生物电信号有许多有用的信息是极低频率的信号,如心电信号中的S-T段,使得放大器的低频截止频率的选取处于两难的境地,要么牺牲部分极有诊断价值的信号,要么容忍基线漂移等干扰的存在.不仅如此,在放大器的低端截止频率较低时,当放大器的输入端受到尖脉冲的干扰或导联切换时,放大器都会出现堵塞现象.这种现象使放大器需要很长时间才能将基线恢复到正常位置.实际上,这种现象也会发生在刚开始测量时,放大器的基线同样也需要很长时间才能回到基线位置.D W Mcrobbie试图设计一种没有耦合电容的快速恢复的生物电前置放大器[1],实际上该电路仍然是一种变形的有低通耦合电路的前置放大器[2].在一些新型的心电图机中,采用了封闭电路(INST电路)短时间将高通滤波器短路以强制性地使放大器的输出基线快速回到零点.这种方法在开始测量或者导联切换时行之有效,但在放大器受到尖脉冲干扰时就难以奏效[3].在多通道放大中,这种方法将使电路更复杂,成本显著升高.

　　至今仍有许多学者在研究多通道生物电放大器.为解决极化电压和交流放大器存在的问题,I ADotsinsky[4]等人提出采用直流放大器并用微处理器控制D/A补偿放大器的输出零点漂移的方法,不仅硬件复杂,微处理器的控制和补偿软件也很复杂.O’Brient[5]等在三运放的基础上提出了一种多通道的前置放大器,该电路相对简单,而且所有的输入端都相同,但该设计仍未解决极化电压、隔直电路及堵塞等问题.

1　新型多通道生物电放大器

　　在生物电测量中采用的高输入阻抗差分放大器有两种形式:并联型和串联型.

并联型即“三运放”电路.基本三运放电路和三运放基础上设计的多通道生物电前置放大器分别如图1a和b所示.O’Brient等人提出的设计就是该电路.

串联型即“双运放电路”.基本的双运放电路和在双运放基础上设计的多通道生物电前置放大器分别如图2a和b所示.