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脑电信号检测

脑电信号检测设计与测试报告

——交流供电

设计部分：

一、脑电概述与设计意义

脑电信号是由脑神经活动产生并且始终存

在于中枢神经系统的自发性电位活动，是一种重

要的生物电信号。在进行大脑疾病诊断的过程中

需要对脑电信号进行记录，以提供临床数据和诊

断的依据。因此脑电信号采集系统具有非常重要

的临床意义。

脑电图（EEG）是反映大脑的电活动，它是

用放在头皮表面的电极检测并经方大的与大脑

神经活动有关的生物电位。头皮表面的EEG信

号范围为1～100μV（峰－峰），频率范围0.5～

100HZ，头质电位约1mV。而在头皮表面测量

的脑干信号的峰－峰值却不大于0.25μV，频率

在100～3000HZ之间。显然，脑电图的特征与

大脑皮质的活动程度有很大的关系，如脑电在觉

醒和睡眠状态有明显的变化；通常脑电图是不规

则的，但在异常场合却会表现出特殊的形式，如

癫痫脑电表现有特异的棘波。

依年龄不同其基本波的频率也不同，如3岁

以下小儿以δ波为主，3-6岁以θ波为主，随年

龄增长，α波逐渐增多，到成年人时以α波为主，

但年龄之间无明确的严格界限，如有的儿童4、

5岁枕部α波已很明显。正常成年人在清醒、安

静、闭眼时，脑波的基本节律是枕部α波为主，

其他部位则是以α波间有少量慢波为主。判断脑

波是否正常，主要是根据其年龄，对脑波的频率、

波幅、两侧的对称性以及慢波的数量、部位、出

现方式及有无病理波等进行分析。

二、总体设计

脑电信号频率范围：DC～100HZ；诊断得主要

成分在0.5～100HZ范围

正常信号范围：15～100μV

因为脑电正常信号范围：15～100μv，要放大到

v的量级上，应放大10000～50000，取其中，放

大10000倍，放大后0.45～3v。

分配至流程图中：前置放大器：500倍；后置放

大器：20倍。

（原本放大30000倍，但是信号幅度太大，示波

器显示截止，故缩小放大倍数为10000倍）。

输入级特性：低输入噪声（≦3μvP－P）；高增

益（104～5×104）；高共模抑制比（KCMR

≧80dB）；低漂移和高输入阻抗（≧10MΩ）；还

有低频交流耦合工作（1HZ或更低）等。

脑电信号检测中噪声及其抑制方法的探讨：

首先是电极噪声，由于电极极化产生的噪声，对

此干扰采用银—氯化银电极，是一种不易极化的

电极，极化电压仅数毫伏，而选用的前置仪用放

大器AD620输入失调电压仅为50μV，再加上

对共模信号有较好的抑制作用只有各输入端的

极化电压的不对称部分才会放大电路产生不利

影响（使放大器进入非线性区），所以前置放大

器的增益可以做到尽量大。

同时我们还应考虑到前置放大对整个放大电路

的噪声贡献，放大器噪声一般随第一级增益的提

高而明显变差，又考虑到提高放大器的增益有利

于提高共模抑制比，综合各种有利和不利因素，

最终确定前置放大器的增益为100倍。高通滤波

电路的设计：由于人体存在极化电位，这些电信

号是直流信号，因此需要设计一个高通滤波器将

这些直流滤除，电路采取RC有源二阶。对环境

中的高频信号，主要采取低通滤波的方法，用截

止频率为60Hz的二阶巴特沃兹滤波电路进行滤

波，同时还可以对心电和肌电干扰进行有效的衰

减。对50Hz电场干扰的抑制主要采取在电路中

加一级50Hz陷波电路来实现，此外隔离放大器

和高共模抑制比的前置放大电路也在一定程度

上对50Hz电场和泄露电流干扰也起到了抑制作

用。

由于在芯片的选用过程中注意到都选用低噪声

的芯片，尤其是前级放大电路，选用AD620，因

此也可以最大限度地抑制电子器件的噪声。

电路结构大体设计为前置放大电路，高通滤

波，隔离放大，低通滤波及陷波电路，后置放大

电路。具体框图如下：

三、单元电路设计：

前置放大器：

选用低噪声的集成仪器放大器AD620作为

放大器的核心元件。（MAX4194商店没有卖）。

AD620，根据