作者：吳英超

摘要

心電檢測是在強共模干擾下的微弱信號檢測，為了提高電路的共模抑制比，常采用對消驅動電路（右腿驅動）來提高共模抑制比，本文分析了對消驅動電路的原理，結合電路實際驗證了電路的效果。

1 引言

心電信號是人體特定的點與點之間的差模電壓，信號幅度在 0.5mV~8mV 之間，典型值為 1mV。 心電受到的工頻干擾非常強，一般情況下人體的工頻幅值在 V 級，比心電信號大 3 個數量級，工頻干擾常以共模形式出現。

在如此強的工頻干擾中檢測出微弱的心電信號是一大挑戰，這就要求運放具有很高的共模抑制比，一般要求在 60dB~120dB 之間，太低會影響心電圖機性能，太高的運放成本上會讓人難以接受。 采用高共模抑制比的前置放大器，如在 50Hz 時 80dB 共模抑制比的儀表放大器是屬于性能比較好的 產品，這樣工頻干擾的幅值還是達到了信號幅值的十分之一，對于醫生診斷來說是不能接受的，心電圖機普遍采用對消驅動電路來進一步增強共模抑制能力。

2 對消驅動模型

如上圖所示，U2A 和 R9，R10，R11，C7 共同組成了右腿驅動電路，其原理是通過 R6，R7 從 人體取出共模電壓反向加到人體。下面通過公式來說明對消驅動的作用，計算中忽略 C5，C6，U1A， U1B 的誤差對共模抑制比的影響，同時 R10 和 C7 是為了系統穩定而設計的，不影響低頻時共模抑制比的計算，計算時忽略，公式推導如下：

U1A，U1B 作用是阻抗變換的跟隨器，則：

Vcom = Vin (1)

U2A 組成了一個反向放大器，其傳遞函數為：

Vout = - (R9 * Vcom)/R8 (2)

根據基爾霍夫電流定律有：

(V1-Vin) * jwC1 = Vin * jwC2 + (Vin - Vout)/R11 (3)

得到 Vin 傳遞函數為：

Vin = R8 * R11 * JWC2 / (R8 * R11 * jwC1 + R8 * R11 * JwC2 + jwC1 * JWC2 * R8 + jwC1 * jwC2 *R9)

帶入常用電路的典型參數 R8=10kΩ，R11=100kΩ，R9=1MΩ，C2=100pf，不考慮電容的相位影 響，略去極小項則：

Vin = R8 * R11 * jwC2 / （R8 + R9）

在以上參數下 Vin 幅值為：

Vin = 1/3000 = -69dB

按照上述參數設計的右腿驅動電路理論上可以提供 69dB 的共模抑制比，這是一個對消驅動簡化 模型，實際電路中考慮到阻容的誤差，濾波電容對相位的影響，運放的延遲等等，右腿驅動的共模 抑制能力會劣化甚至產生震蕩，具體的電路需要根據需要進行調整。

3 結語

圣邦微電子在對消驅動電路上做了很多驗證工作，如器件的選擇、線路板設計、電源結構等， 在本應用指南中不再詳述，請參考圣邦相關技術資料。按照圖 1 所示電路制作了驗證板，實測共模 抑制比為 50dB，這樣選擇一顆共模抑制比 60dB 以上的集成或分立器件搭成的儀表放大器，整個系 統就可以達到《GW-44_AAMI_EC13-2002》心臟監測儀專用標準中 89dB 的要求。