基于体表生物电信号采集的设计与实现

论文摘要

生物电信号极其微弱容易被干扰,因此对生物电信号采集电路在灵敏度、分辨率、共模抑制、抗干扰等方面提出了更高的要求。本论文是基于对实现体表生物电信号采集电路进行分析,其中包括差分信号放大、滤波处理以及其他信号调理电路,而最终完成原理图设计,实现电路板设计制作,并以真实的人体体表生物电为信号源实现体表生物电信号的采集。在体表生物电信号采集电路设计上,引入计算机EDA仿真技术,并介绍利用第三方的SPICE模型库文件制作PSpice仿真平台模型的方法。应用PSpice仿真技术设计电路并采用其分析电路性能。研究分析具体功能电路,如常用在生物电测试中抑制共模信号干扰的右腿驱动电路,以及依据重要器件的关键技术指标进行选型的考虑和功能电路拓扑设计上的选择。最后,设计出生物电信号采集的模块电路板,并实现了体表生物电信号的采集。在电路调试阶段解决了电路调试中遇到的问题,展示了设计完成的电路板及对生物电信号采集电路的实测波形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 生物电采集的发展概况
• 1.2 生物电采集模块的研究内容
• 1.2.1 实现体表生物电的信号采集模块的原理以及结构
• 1.2.2 信号采集模块的重要元件分析
• 1.2.3 运用PSpice对各功能电路进行仿真分析
• 1.3 论文结构及内容安排
• 第二章 设计运用的重点技术
• 2.1 引言
• 2.2 体表生物电信号采集的电极
• 2.2.1 生物电体表电极
• 2.2.2 生物电体表电极模型
• 2.3 PSpice电路仿真技术
• 2.3.1 EDA软件PSpice的背景介绍
• 2.3.2 PSpice的重要功能特性
• 2.3.3 SPICE库的PSpice转换及使用
• 2.4 核心器件的重要参数及选择
• 2.4.1 运算放大器的重要参数定义
• 2.4.2 仪表放大器的重要指标以及考虑
• 2.4.3 有源滤波器的运放选型考虑
• 第三章 信号采集的电路功能描述
• 3.1 生物电信号采集的结构框图
• 3.2 生物电放大技术难点
• 3.2.1 来自外部的干扰
• 3.2.2 现实电路的不理想
• 3.3 生物电采集模块各功能电路描述
• 3.3.1 输入部分
• 3.3.2 放大部分
• 3.3.3 滤波部分
• 3.3.4 电源管理
• 3.3.5 右腿驱动电路及其他信号调理电路
• 第四章 生物电采集模块设计
• 4.1 系统的前端差分信号放大器
• 4.1.1 信号调理电路及其他
• 4.2 系统的前端仪表放大器分析
• 4.2.1 双运放仪表放大器分析
• 4.2.2 三运放仪表放大器理论分析
• 4.2.3 仪表放大器选型考虑
• 4.2.4 前端仪表放大器原理图设计
• 4.2.5 AD8221仿真建立
• 4.3 有源滤波器及其他功能电路设计
• 4.3.1 有源滤波器类型
• 4.3.2 有源滤波器设计中运放选型考虑及低通滤波器设计
• 4.3.3 高通有源滤波器设计
• 4.3.4 陷波有源滤波器设计
• 4.3.5 绝对值电路
• 4.3.6 系统单端信号放大环节
• 4.3.7 整形电路
• 4.3.8 基线调整电路
• 4.3.9 右腿驱动电路
• 4.3.10 电源方案
• 第五章 生物电采集模块的实现与测试
• 5.1 模块的总图
• 5.2 系统装配
• 5.3 系统的调试
• 5.3.1 调试准备
• 5.3.2 电路调试
• 5.4 系统测试
• 5.4.1 生物电信号的实测准备
• 5.4.2 生物电信号采集电路板及实测信号
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历