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心电检测右腿驱动电路原理分析 圣邦微电子(北京)有限公司：吴英超 日期：2011-12-30 摘要：心电检测是在强共模干扰下的微弱信号检测，为了提高电路的共模抑制比，常采用对消驱动电路（右腿驱动）来提高共 模抑制比，本文分析了对消驱动电路的原理，结合实际电路实际验证了电路的效果。 关键词：共模抑制比、运放 心电信号是人体特定的点与点之间的差模电压，信号幅度在0.5mV~8mV 之间，典型值为 1mV。心电受到的工频干扰非常强，一般情况下人体的工频幅值在V 级，比心电信号大3 个数 量级，工频干扰常以共模形式出现。 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，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 1 《GW-44_AAMI_EC13-2002》 心脏监测仪专用标准 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，U1A,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=10k Ω，R11=100k Ω，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Vin 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，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。 圣邦微电子在对消驱动电路上做了很多验证工作，如器件的选择、线路板设计、电源结构等， 在本篇文档不再详述，请参考圣邦相关技术资料。按照图1 所示电路制作了验证板，实测共模 抑制比为50dB，这样我们选择一颗共模抑制比60dB 以上的集成或分立器件搭成的仪表放大器， 整个系统就可以达到89dB1的标准要求。