[發明專利]一種適用于雙電極的大共模干擾抑制電路

有效

• 申請號: 202210113360.7
• 申請日: 2022-01-30
• 公開（公告）號: CN114400880B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 張中;張啟輝;吳克軍;李靖;寧寧;于奇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明屬于模擬集成電路技術領域，特別涉及一種適用于雙電極的大共模干擾抑制電路，采用模擬方式實現50/60Hz電源線工頻干擾抑制的電路結構。本發明將生物電極的輸入共模采集出來，對電荷共享電容進行充電；充電周期結束后，將該電容上的電荷通過電荷重分配電容耦合到生物電極的輸入端，大幅減少共模干擾對后級運放輸入端的影響，達到抑制共模擾動的目的。本發明有效克服了雙電極大共模干擾引起的模擬前端電路飽和的影響。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路技術領域，特別涉及一種適用于雙電極的大共模干擾抑制電路，采用模擬方式實現50/60Hz電源線工頻干擾抑制的電路結構。

背景技術

由于生物電信號處于人體、環境、生物電極以及采集電路之中，因此想要有效的獲取生物電信號需要對各種干擾源進行分析，同時在信號采集系統中對干擾進行抑制或消除。雙電極ECG設備因其舒適和長時間的心血管健康監測上的優勢得到了廣泛應用，但由于沒有額外偏置電極，耦合到人體的電源線上共模干擾可高達幾十伏特。如此高幅度的共模干擾已經超出后續處理電路的電壓軌，使后續電路飽和，喪失電路功能。因此，生物電信號采集前端電路必須對大共模干擾進行有效抑制。

由于工頻干擾幅值大于生物電信號，同時頻率處于生物電信號頻帶范圍之內，很難通過簡單的高通、低通濾波器進行消除，一般通過添加右腿驅動、模擬陷波、數字FIR濾波等方式消除50/60Hz電源線上的工頻干擾。添加右腿驅動需要增加額外的電極通道，模擬陷波、數字FIR濾波等方式對大幅度共模干擾抑制效果不佳。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為了克服雙電極大共模干擾引起的模擬前端電路飽和的影響，本發明提供了一種適用于雙電極的大共模干擾抑制電路，將生物電極的輸入共模采集出來，對電荷共享電容進行充電；充電周期結束后，將該電容上的電荷通過電荷重分配電容耦合到生物電極的輸入端，達到抑制共模擾動的目的。

一種適用于雙電極的大共模干擾抑制電路，包括大共模干擾模型101、生物電極阻抗模型102、電荷共享模塊103、電荷重分配模塊104和生物電極輸入共模提取模塊105。

所述大共模干擾模型101產生的共模干擾電壓經生物電極阻抗模型102采集信號給電荷共享模塊103充電；充電周期結束后，將電荷共享模塊103中的電荷通過電荷重分配模塊104反饋到生物電極輸入共模提取模塊105的輸入端，以大幅減少共模干擾對后級運放輸入端的影響。

進一步的，上述適用于雙電極的大共模干擾抑制電路，具體電路結構為：

所述大共模干擾模型101包括干擾源和耦合電容Cc；耦合電容Cc一端連接生物電極阻抗模型102的輸入端。

所述生物電極阻抗模型102包括2個并聯的電容C_EL和2個分別與電容C_EL并聯的電阻R_EL，用以模擬干電極采集信號；其輸出端分別連接電荷重分配模塊104的兩個輸出端和生物電極輸入共模提取模塊105的兩個輸入端。

所述電荷重分配模塊104包括兩個電荷重分配電容C_R，兩個C_R的輸入端分別連接電荷共享模塊103中兩個支電路中S4的輸出端，其輸出端分別連接生物電極輸入共模提取模塊105的兩個輸入端。

所述電荷共享模塊103包括兩組并聯且相同的支電路，一組支電路包括一個電荷共享電容C_S和4個開關S1～S4；其中S1的輸入端連接生物電極輸入共模提取模塊105的輸出端，S1的輸出端連接電荷共享電容C_S的下極板與S2的輸出端，S2的輸入端連接gnd；電荷共享電容C_S的上極板連接S3和S4的輸入端，S3的輸出端連接gnd，S4的輸出端連接電荷重分配模塊104的輸入端；兩個S1作為電荷共享模塊103的兩個輸入端，兩個S4作為電荷共享模塊103的兩個輸出端。