[實用新型]一種數(shù)字補償?shù)牟罘中盘柌杉到y(tǒng)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201922295866.0
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN210640858U
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 倉學(xué)習(xí);張勇;谷雙全;劉宇;曾志槐;李章俊;戴振華;葉有利
• 申請（專利權(quán)）人: 上海宏桐實業(yè)有限公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F1/56
• 代理公司: 北京連城創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11254
• 代理人: 劉伍堂

本實用新型涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種數(shù)字補償?shù)牟罘中盘柌杉到y(tǒng)電路，包括高頻電磁干擾濾波器、差動放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器件、處理器、控制器，高頻電磁干擾濾波器的輸出端與差動放大器的輸入端連接，差動放大器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的模擬輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的數(shù)字輸出端與處理器的數(shù)字輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的控制輸入端與控制器的控制輸出端連接，控制器的時序控制輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的時序控制輸入端連接，本實用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，克服由模擬器件精度失配和漂移帶來的通道間不匹配、降低共模抑制比的技術(shù)問題，同時降低了器件成本，減低了設(shè)備運行的功率和溫度，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種數(shù)字補償?shù)牟罘中盘柌杉到y(tǒng)電路。

背景技術(shù)

在信號采集系統(tǒng)中，尤其是涉及醫(yī)用診斷信息的采集系統(tǒng)中，經(jīng)常會將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號，以增強在信號傳遞鏈路中的抗干擾性。一對差分信號可由以下公式來描述：，其中，為共模信號，在、兩極為幅度和相位均相等；為差模信號，在、兩極為幅度相等，相位相差180°。

在電生理系統(tǒng)中，來自人體的單端電信號被體表和體內(nèi)的電極拾取后，經(jīng)由單端轉(zhuǎn)差分處理后，進入差動放大器被放大，如圖1所示的差動放大器電路。理想條件下，放大器的輸出電壓由以下公式給出：。

進一步地，當滿足的條件，并將代入，可進一步簡化為。即在理想情況下，共模信號被差動放大器完全抑制，而僅有差模信號被放大。

上述討論所基于的條件是：1）放大器為理想放大器，即對有完全抑制的能力；2）的條件被完全滿足。在實際情況中，由于放大器內(nèi)部電路不可能做到完全對稱，因此無法做到對的完全抑制。所描述的實際電阻阻值不可能做到完全相等，電阻比例也不可能完全適配。同時，電阻阻值在溫度變化的環(huán)境中，會以的規(guī)律發(fā)生變化，其中，為電阻在溫度時的阻值，為電阻在溫度時的阻值，為溫度變化引起的電阻變化值，為溫度相對于溫度的變化量，通常在機箱內(nèi)部，最大可達50-60℃，為電阻在的范圍內(nèi)電阻阻值隨溫度的平均變化率，對于常用的厚膜貼片電阻，一般為±200-400PPM/℃。假設(shè)電阻為厚膜貼片電阻，在25℃時的零功率電阻為1000Ω，則在散熱良好的機箱中，其阻值會變化為1000±6Ω，變化量達到了0.6%的原始阻值。

以上討論的電阻漂移，會導(dǎo)致一部分向變化，導(dǎo)致基于模擬電路的放大器性能指標的下降。工程上將放大器對共模信號的抑制能力稱為共模抑制比CMRR，給出其數(shù)學(xué)定義，其中，表示放大器對差模信號的增益，表示放大器對共模信號的增益。

下面以圖1為例，討論外圍電阻失配對放大器共模抑制比的影響。假設(shè)電阻采用的精度是相同的，其允差為，，則式中，與可由表示。

由電阻導(dǎo)致的共模抑制比記為，由放大器器件導(dǎo)致的共模抑制比記為，兩者整體的共模抑制比R記為，則：，。即電阻導(dǎo)致的共模抑制比與差模增益和電阻精度有關(guān)，整體的共模抑制比由和中更小的值確定。

在，的基礎(chǔ)上，假設(shè)差模增益，，，則計算得到。若其他條件不變，，則計算得到。若需完全利用放大器的共模抑制比，則對應(yīng)的電阻精度，從技術(shù)和經(jīng)濟的角度來說顯然是不現(xiàn)實的。

由于半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，目前放大器器件本身的共模抑制比最高可達到120~140dB，即在放大器輸出端的共模信號幅度，最小可達到輸入共模信號幅度的10^-6至10^-7倍，為了達到如此優(yōu)異的共模抑制性能，所需電阻適配的要求會更嚴苛，加之電路板布線的微小差異和通道切換器件之間的導(dǎo)通電阻差異，在模擬域中幾乎是不可能實現(xiàn)的。