用于神经信号采集的高PSRR及CMRR植入式模拟前端

针对人体内神经电信号非常微弱、噪声大、环境干扰大等特点,研究与设计了一款应用于神经信号采集的高电源抑制比(PSRR)和共模抑制比(CMRR)的低噪声植入式模拟前端.该模拟前端采用全差分结构来实现模拟前端中的前置放大器、开关电容滤波器及可变增益放大器,使得电路具有较好的电源抑制比和共模抑制比;采用斩波调制技术来抑制电路的低频噪声,并通过带电流数模转换器(DAC)的纹波抑制环路来抑制前置放大器的输出纹波,从而使该模拟前端在具有高PSRR和CMRR的同时能保持低噪声性能.文中采用0.18μm CMOS工艺设计该模拟前端芯片,版图后仿真结果表明,该模拟前端在0.1 Hz~10 k Hz内的等效输入噪声为2.59μV,实现了46.35、52.18、60.02、65.95 d B可调增益,CMRR和PSRR分别可达146及108d B,很好地满足了植入式神经信号采集的要求.     

低成本高精度单导联心电信号采集电路设计

为解决心电信号采集过程易受噪声干扰、 电路复杂等问题, 设计了低成本高精度心电采集电路, 采用芯片 AD8232 采集并放大心电信号, 引入 100 Hz 低通滤波器、 0. 05 Hz 高通滤波器及 50 Hz 陷波电路。 实验表明,高频干扰衰减 60 dB(10 倍频), 50 Hz 噪声衰减了 41. 08 dB。 该电路有效地滤除了单导联心电信号中掺杂的共模干扰、 肌电干扰、 基线漂移和工频干扰等, 提高了单导联心电采集精度, 可应用于家用医疗监护、 便携式可穿戴式心电监测设备。     

基于右腿驱动技术的脑电信号放大器的设计

设计了高性能的脑电信号(EEG)放大器,将差分放大电路、右腿驱动电路应用于放大器的前置部分,有效消除共模信号干扰,通过前置放大器和两级后级放大器将EEG信号放大,通过设计并合理安置多个低通滤波器和50Hz陷波器,有效消除EEG信号中的高频干扰和工频干扰,在非屏蔽室的条件下能够有效检测到EEG信号.测试结果表明,放大器各个部分性能指标已达到设计要求,同时在测试者头皮采集到了实际的EEG信号,证明了设计的有效性.     

麻醉深度检测脑电信号采集电路设计

近年,基于EEG信号麻醉深度检测技术得到重视,主要为麻醉深度检测系统中脑电信号采集预处理电路的设计,为后续处理提供基础。预处理电路主要包括前置放大电路、高通滤波电路、第二级放大电路、低通滤波电路、50Hz工频滤波电路、第三级放大电路,最后将脑电信号放大为1.5V左右,供后级芯片A/D转换处理。     

陷波电路在脑电信号采集中的应用

市电电压的频率为50Hz,会以电磁波的辐射形式,对有用信号的采集造成干扰,由于在整个电路的设计中,低通滤波器的截止频率为1Hz以下,高通滤波器的截止频率为1kHz,都没有抑制50Hz工频干扰,所以需要设计一个陷波电路来抑制这种干扰。     

局部放电超声波信号的检测及预处理

研制了局部放电超声波检测系统，并对局部放电模型的放电特性进行了研究．比较了电荷放大器和电压放大器对局部放电超声波的接收，设计了十阶高通、六阶低通滤波器构成的101～273kHZ带通滤波器，对经硬件滤波后的采集信号进行了小波包分解与重构．研究表明：电荷放大器比电压放大器能更好地接收小电容值的压电传感器耦合的超声波信号；带通滤波器能有效地抑制背景噪声和工频干扰；对小波包分解后的低频重构信号设定特征量及其容限，在小波包重构时能分离出电磁波．对超声波信号采用这种软硬件结合的预处理措施能达到满意的抑制各种噪声和干扰的效果．     

基于ADS1298的表面肌电采集系统设计

针对现有表面肌电信号采集方法存在的元器件较多、电路复杂和调试困难等问题,以ADS1298集成模拟前端设计了一种新型s EMG信号采集系统.通过充分利用ADS1298集成的可编程增益放大器、24位高分辨率ADC以及右腿驱动放大器,简化了前端调理电路的设计,使系统的集成度高、体积小、功耗低.     

低压低功耗CMOS电流反馈运算放大器的设计

电源电压的下降对模拟电路的设计是一个难题。如今模拟电路的典型电源电压大约是2．5～3V，但是发展的趋势表明电源电压将是1.5V，甚至更低。在这种情况下，国内外研究人员致力于设计适用于标准CMOS工艺的低压电路蛄构。主要在文献[1]基础上设计了一种新型的CMOS电流反馈运算放大器（CFOA），使用了0．5μmCMOS工艺参数（阈值电压为0．7V），模拟结果获得了与增益关系不大的带宽。在1.5V电源电压下产生了约6．2mW的功耗。     

矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统设计

为解决聚焦双频激电法超前探测仪器应用于煤矿井下进行探测的问题,设计了矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统.该系统可产生双频PWM驱动控制信号,控制激励信号发送系统产生5路双频调制激励方波电流信号;通过井下测量电极及矿用传输电缆采集微弱激电电压信号,由锁相放大器进行信号处理后获得高低频电压幅值及相位等激电信息;矿用本安型人机界面实现探测数据及图像显示以及对整个系统的控制.研究结果表明:该接收系统产生驱动控制信号的频率为8 Hz及8/13 Hz、4 Hz及4/13 Hz、2 Hz及2/13 Hz、1 Hz及1/13 Hz四组中的任意一组,频率误差绝对值小于0.14%,激电电压幅值测量范围为±5 V,相对测量误差绝对值小于1.4%,满足实际超前探测要求.     

用于去除心电信号工频干扰的多阶自适应滤波器阶数确定策略研究

工频干扰是微弱生物信号采集过程的常见噪音源之一,特别会造成像心电之类信号的信噪比的显著下降.自适应滤波技术对于去除心电信号工频干扰噪音有着显著的效果,但自适应滤波技术中的自适应滤波器阶数确定是关键问题.本文提出了多阶自适应滤波器中适于去除心电信号的阶数选择策略.在以单路正弦波为模拟工频干扰信号源进行实验中,根据提出的阶数选择策略,确定5阶自适应滤波器对心电信号的工频干扰有着明显的抑制效果.同时,实验还证明,与自适应滤波器中的对消器相比,策略所确定的5阶自适应滤波器具有更快的收敛速度,并且还能在工频波动处取得更好的处理增益.     

便携式心电采集设备设计与实现

针对心律不齐、心肌缺血、早搏等心脏疾病的相关人群,设计了一款便携式心电监测设备,用于疾病的早期发现和预防。首先对一款型号为RT1025的前端心电信号采集芯片进行了研究,并针对肌电噪声、50 Hz工频干扰等常见噪声开发了去噪声无限冲激响应滤波算法,最后完成了心电数据采集和通信的程序设计。该设备工作状态稳定,数据采集和控制简单,为便携式心电采集设备的设计提供了参考依据,对于预防和实时监测心血管方面的疾病具有重要意义。     

消除电网工频信号干扰的陷波电路设计

工频干扰存在于各种数据采集系统中,直接影响被测信号的测量精度.针对电网频率波动的实际情况,基于双T型阻容有源陷波电路,设计了可以滤除频带在49.5～50.5Hz之间工频干扰的陷波电路.详细地分析了所设计陷波电路的陷波深度与被测信号失真的关系,并给出了其幅相特性.提出的陷波电路信噪比可达60dB以上.通过仿真试验验证了设计的陷波电路具有较好的滤波效果.     

基于嵌入式结构的音频数据采集系统设计及实现

介绍了基于dsPIC30F6014A嵌入式芯片的高速音频数据采集系统设计方法,研究了针对微弱音频信号调理电路的设计,抑制环境噪声尤其是50Hz电网强信号对弱信号的影响及解决方案.在MATLAB平台上设计了抑制干扰的带通滤波器,自行设计了以dsPIC30F6014A嵌入式芯片为控制器的测试板,并完成了软硬件编程调试.现场测试表明,该系统在环境噪声不超过40db的条件下,对微弱音频信号的采集处理取得了良好的效果.     

心电信号采集及小波分析处理系统设计简

心电信号作为人体的一种重要的生理信号,反映着人体的健康状况.自行设计并制作心电信号采集、放大、抗混叠滤波等电路,得到满足数据采集卡USB-6008要求的模拟心电信号,并对模拟心电信号进行A/D（模/数）转换,得到数字形式的心电信号.利用虚拟仪器开发平台LabVIEW 2009对数字心电信号进行多分辨率分析（小波分析）,得到心电信号在各分辨率空间的组成成分,并从中选择体现心电信号特点的成分重新构建心电信号,实现对心电信号进行小波滤波的目的,最终在PC机上获得效果良好的心电图.该研究通过有限的资金投入,将家用电脑拓展为心电监测仪器.     

一种基于CIC和FIR的低功耗数字滤波器设计

针对地震信号采集系统中的滤波器设计问题,提出一种基于CIC滤波器和FIR滤波器的低功耗数字滤波解决方案.系统由四级前端CIC滤波器、三级前端FIR滤波器和一级离线均衡FIR滤波器构成,以满足地震信号采集系统和地质勘探的需求.对各级滤波器和整个系统的幅频特性和相频特性进行了研究,并通过仿真完成性能验证,结果显示此低功耗数字滤波系统的性能完全能够满足实际需求;将此低功耗数字滤波系统与当前业界的片上数字滤波解决方案进行对比,证明了此低功耗数字滤波系统能够大幅减少总运算量和前端功耗运算量.     

基于小波变换的脑电噪声消除方法

分析了基于传统陷波器的脑电消噪方法,根据脑电噪声所处频带及陷波器原理,设计了一种陷波器.并提出了基于小波变换的脑电信号分析方法并利用它来消除脑电信号中的噪声干扰.小波变换是一种多分辨率的时间-尺度分析方法,它能够将信号划分为不同频段的子带信号.根据小波变换的这一特性,对采样获得的脑电信号进行各尺度分解及消噪分析,并给出了各尺度分解结果及消噪结果.最后对这两种方法的消噪结果进行比较.分析表明:利用小波变换能更有效、灵活地检测并去除脑电信号中的噪声干扰.     

基于K型热电偶的瞬态高温测试调理电路

本文针对导弹爆炸场瞬态高温度测试系统的特定要求,设计了一套基于K型热电偶的单电源传感器调理电路。该电路以单电源仪表放大器INA155、模拟开关MAX4638、二阶有源压控低通滤波器为核心,实现了对热电偶输出信号的可控放大,以及滤波去噪。经过验证,该调理电路配合采集电路,可记录完整的爆炸场温度变化。     

基于改进的电流传送器的模拟乘法器设计

为优化四象限模拟乘法器的电路性能, 以满足现代模拟信号处理电路高频低噪的应用要求, 提出了一种新 型低压四象限模拟乘法器。 该乘法器以基于改进的电流传送器(MDDCC: Modified Differential Difference Current Conveyor)的模拟平方器为基本电路, 采用台湾积体电路制造公司的 0. 18μm CMOS 工艺的 PSPICE(Personal Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)计算机软件进行仿真。 仿真结果表明, 该四象限乘法器具有良 好线性, 输入电压的范围为-0.1 V ~ +0.1 V, 截止频率为451.307 MHz, 当输入电压峰值为100 mV 时, 输出噪声 电压小于150 nV。 与已有乘法器比较, 该乘法器电路具有较好的线性特性以及较高的截止频率和带宽, 输出噪声 电压有所减少, 在高频信号处理系统中性能更优。     

一个用于流水线模数转换器的高精度、低功耗采样保持电路

介绍了一个用于高精度模数转换器,采用 0.25μm CMOS工艺的高性能采样保持电路。该采样保持电路的采样频率为 20MHz,允许最大采样信号频率为 10MHz,在电源电压为 2.5V 的情况下,采样信号全差分幅度为 2V。通过采用全差分flip-around结构,而非传统的电荷传输构架,因而在同等精度下,大大降低了功耗。为了提高信噪比,采用自举开关。Hspice仿真结构显示：在输入信号为 5MHz 的情况下,无杂散动态范围（SFDR）为 92.4dB. 该电路将被用于一个14位 20MHz 流水线模数转换器。