【摘要】本文介紹應(yīng)用AD公司新一代高性能隔離放大器和高精度、低噪聲儀用放大器，設(shè)計新一代多通道、高性能生理參數(shù)放大器。

1引言

生理參數(shù)測量放大器是測量生物電位、血壓、體溫等生理參數(shù)的重要單元電路。目前，絕大多數(shù)的生理參數(shù)放大器均采用三運放儀用放大器，并輔之以分立器件的懸浮電路，雖然可以滿足一般要求，但由于集成化低，所用元件多，結(jié)構(gòu)復雜，調(diào)試困難，難以滿足當前各種微弱生理參數(shù)測量的高穩(wěn)定性、高共模抑制比、高安全性的要求。筆者經(jīng)幾年研究、試驗，采用AD公司生產(chǎn)的AD620高精度儀用放大器和AD204小型隔離放大器兩個集成模塊，可以任意構(gòu)成心電、腦電、肌電、心室晚電位、高頻心電、希氏束電圖等各種微弱電位測量放大器，保證了性能的完美，指標的提高，使設(shè)計調(diào)試極度簡化，而器件數(shù)量一般可以降至普通電路的1/5，滿足生理信號的前置放大，隔離放大的低噪聲、低飄移、高阻抗、高共模抑制比，高絕緣性能的要求，解決了多年來不易解決的難題。

2AD620和AD204的性能

2.1.AD62O的性能

AD62O采用激光晶片校準工藝，使電路元件間的匹配和跟蹤性能完好，從而保證了該電路固有的高性能。圖1是AD62O的簡化電路結(jié)構(gòu)與連接圖。

圖1

如圖1所示，，TZ為超R結(jié)構(gòu)，接成差分雙極性輸入方式，使電路具備了較高的輸入阻抗和高精度性能。AI，AZ，A3類似三運放結(jié)構(gòu)，由A3消除所有的共模信號，其增益為G一(RI+RZ)/Rg+1。由于Rg系外跨結(jié)構(gòu)，可以通過它方便地調(diào)整放大器的增益，由于RI，RZ已校準到絕對值24.7K，其增益公式為：G一(RI+RZ)/Rg+1一49.4K/Rg+1，因此Rg一49.4K/(G-I)。AD620采用8腳DIP封裝，其尺寸比三運放電路成倍下降，功耗更低，僅1.3mA。由于超p處理，使輸入偏置電流僅為InA，保證了模塊的高阻抗、低噪音和高共模抑制比。在低頻使用時，其噪聲水平僅O.28pV。。，輸入阻抗可達IOG歐，共模抑制比可達14OdB。

2.2AD204的性能

從生理參數(shù)測量放大器的安全性能上講，國際電工委員會(IEC)在通用安全標準方面要求是相當苛刻的，若不采用隔離，很難達到病人漏電流小于O.ipA的技術(shù)要求。目前常用的浮地式技術(shù)有電磁耦合和光電耦合兩種。光電耦合的頻率特性較好，線性度相對較差;電磁耦合的線性度優(yōu)于光電耦合，但因需調(diào)制、解調(diào)電路，還要繞制變壓器，工藝復雜。由于AD204采用了表面安裝工藝和集成模塊化技術(shù)，克服以上缺點，在頻響要求相對較低的生理參數(shù)放大器方面，提供了較為理想的應(yīng)用器件。光電耦合器盡管甩掉了電源變壓器，但由于前級供電仍需懸浮電源，也無法擺脫繞制變壓器之煩瑣，因此這更加突出了隔離模塊兼有懸浮供電電源的優(yōu)越性。

AD2O4其主要技術(shù)性能：

①尺寸較?。好坑⒋缈砂惭b四個通道;

②低功耗：典型功耗為35mw;

③高準確性：最大非線性失真度只有O.O25%(K級);

④高共模抑制性能：當增益為IO0倍時，可達130dB;

⑤頻率特性：通頻帶可達SKHZ;

⑥高絕緣隔離：擊穿電壓可達2000V峰值(K級);

⑦具有隔離電源輸出。

圖2

如圖2所示，AD204采用調(diào)幅技術(shù)實現(xiàn)將信號變換耦合，達到懸浮放大的目的。它包含一個運放、調(diào)制器、解調(diào)器和一個電源變換系統(tǒng)。電源變換器被25KHZ，峰值為15V的方波所驅(qū)動，這個方波來自外部的配套電路AD246。整個隔離器的輸出電壓和運放的輸出電壓相等，也就是說，隔離器具有單位增益。而運放可以通過不同的連接獲得所需的放大增益。調(diào)制器和解調(diào)器采用25KHZ方波驅(qū)動，其VISO十和VISO一為模塊的電源輸出，以提供被懸浮了的上一級放大器，其最大負荷為ZmA，輸出土7.SV。

AD246為一時鐘驅(qū)動器，它可以從單一的15V電源獲得AD2O4所需的25KHZ時鐘信號，該時鐘電路可以在最小額定電壓14.25V時操作至少32個AD2O4，并且每提高4OmV供電電壓可多驅(qū)動一個隔離器。其電路連接如圖3所示。

圖3

3AD620和AD204的應(yīng)用

3.1 ECG前置放大器

圖4為使用AD620的EGG前置放大器，采用土SV電源供電。其增益為IO倍，接成右腿驅(qū)動方式，AZ取出干擾信號將其反相，反饋到右腿以抵消右腿產(chǎn)生的共模抑制信號，以此來提高共模抑制比。由圖可見，由于采用AD620，使原來復雜的前置放大器設(shè)計，變得容易多了。調(diào)整元件和分立器件的減少，使電路的可靠性得以大大提高。

圖4

3.2醫(yī)用隔離放火器

AD204在醫(yī)用生理參數(shù)測量中，主要可用來對信號進行懸浮隔離，同時可以做前置放大器的第二級，為保持較高的輸入阻抗，反饋電阻Rf必須保持20Kfl才能使模塊保持最佳效果。當增益大于5時，需在FB和IN-COM端子上接一個100PF的電容。

圖5給出了一個典型醫(yī)用隔離放大器的實際應(yīng)用例子。

圖5

該電路由AD620和AD204組成，由AD246供電，組成了一個有創(chuàng)血壓的懸浮式放大電路。其中BP為血壓傳感器，RI，Bp，WI支路提供血壓傳感器的工作偏置和輸出零位，AD620做第一級放大器，AD204做第二級放大器兼做隔離器。Rg取1至10K，通過RZ，WZ調(diào)整反相器的放大比例，R4，RS，W3為調(diào)零電路，可以移去傳感器固有的直流飄移電位。適當配置后級放大，即是一隔離式有創(chuàng)血壓監(jiān)護儀的良好放大電路。

3.3AD620和AD2O4在微弱生理信號測量中的綜合運用

心電信號中的微弱信號如心房晚電位、心室晚電位、希氏束電圖及腦電誘發(fā)電位等信號，幅值十分微小，僅數(shù)微伏，又需隔離，使用AD62O和ADZO4構(gòu)成的配合電路，十分適用。

采用AD62O和AD2O4配合，采用TLO64四運放九片集成電路可構(gòu)成12導聯(lián)ECG放大器，該放大器通過重新定義電極完全可以完成心室晚電位、心房晚電位、心電向量圖、高頻心電圖、希氏束電圖、及腦電、肌電圖的放大任務(wù)。但電路須與微機密切配合才能正常工作。在導聯(lián)設(shè)置上，本電路只采集了1，11和VI—V6的信號，其余的導聯(lián)Ill，AVR，AVL，AVF是通過計算機采用數(shù)學方法計算所得。ECG放大采用了直接耦合方式，沒有設(shè)置耦合電容。馱伏于ECG信號的直流成份如極化電壓等，將會使心電信號以大幅度飄移，無法進行采集和分析。本放大器設(shè)計了D/A轉(zhuǎn)換器直流電平移去電路，其原理是這些直流分量被A/D轉(zhuǎn)化器量化后，被計算機所識別，然后求反將其數(shù)字信號輸入D/A轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換后的電壓與極化電位相反，予以抵消，從而保證了輸出的零電平。由于消除了耦合電容，使放大器的過渡時間接近于零，極大提高了放大器的穩(wěn)定性。

4.結(jié)果與討論

本文采用的AD62O和AD2O4模塊極大地簡化了電路的設(shè)計，也省略了元器件的選配和調(diào)試，從而較好地提高了性能。

本文介紹的電路采用較好的工藝措施，可保障微伏以下級別的性能和120dB以上的共模抑制比，更可達到K級以上的高絕緣性能，從而為低噪聲、微信號、高性能懸浮放大器提供了良好的器件基礎(chǔ)，通過本文，借以達到拋磚引玉的結(jié)果。