利用对消驱动提高心电信号测量共模抑制的原理分析

　　心电信号是人体特定的点与点之间的差模电压，信号幅度在0.5mV~8mV之间，典型值为1mV。心电受到的工频干扰非常强，一般情况下人体的工频幅值在V级，比心电信号大3个数量级，工频干扰常以共模形式出现，这就要求运放具有很高的共模抑制比，一般要求在60~120dB之间。采用高共模抑制比的前置放大器，如在50Hz时80dB共模抑制比的仪表放大器是属于性能比较好的产品，这样工频干扰的幅值还是达到了信号幅值的十分之一，对于医生的诊断来说是不能接受的，心电图机普遍采用对消驱动电路来进一步增强共模抑制能力。

　　如图1所示，U2A和R9，R10，R11，C7共同组成了右腿驱动电路，其原理是通过R6，R7从人体取出共模电压反向加到人体。下面我们通过公式来说明对消驱动的作用，计算中忽略C5，C6，U1A，U1B的误差对共模抑制比的影响，同时R10和C7是为了系统稳定而设计的，不影响低频时共模抑制比的计算，计算时忽略，公式推导如下：　　

 

　　U1A，U1B作用是阻抗变换的跟随器，有：

　　Vcom=Vin           (1)
　　U2A组成了一个反向放大器，其传递函数为：

　　Vout=-(R9*Vcom)R8            (2)
　　根据基尔霍夫电流定律有：

　　(V1-Vin)*jwC11
　　Vin*jwC2+(Vin-Vout)R11           (3)

　　得到Vin传递函数为：
　　Vin=R8*R11*jwC2/(R8*R11*jwC1+R8*R11*jwC2jwC1*jwC2*R8+jwC1*jwC2*R9)           (4)

　　带入常用电路的典型参数：
　　R8=10kΩ，R11=100kΩ，R9=1MΩ，C2=100pf不考虑电容的相位影响，略去极小项则：
　　Vin=R8*R11*jwC2/(R8+R9)           (5)

　　在以上参数下Vin幅值为：
　　Vin=1/3000=-69dB           (6)

　　按照上述参数设计的右腿驱动电路理论上可以提供69dB的共模抑制比，这是一个对消驱动简化模型，实际电路中考虑到阻容的误差，滤波电容对相位的影响，运放的延迟等等，右腿驱动的共模抑制能力会劣化甚至产生震荡，具体的电路需要根据需要进行调整。