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生物电信号采集放大器设计

📚 共计 30 章节

生物电信号概述

生物电信号的产生机理（心电、脑电、肌电）、信号特征（幅值、频率范围）、采集面临的挑战（噪声、共模干扰）。

心电脑电肌电共模干扰

放大器基础理论

理想运放模型、实际运放参数（输入阻抗、共模抑制比CMRR、噪声密度）、反馈理论。

运放CMRR反馈

仪表放大器设计

三运放仪表放大器结构、增益计算、共模抑制比优化、AD620/INA128等经典芯片应用。

仪表放大器AD620INA128

右腿驱动电路

右腿驱动原理、共模反馈环路设计、安全电阻选择、实际电路搭建。

右腿驱动共模反馈安全电阻

滤波电路设计

一阶/二阶低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器设计、Sallen-Key结构、截止频率计算。

低通高通Sallen-Key

陷波器设计

双T陷波器、文氏桥陷波器、50Hz工频干扰抑制、Q值调节。

噪声分析与低噪声设计

热噪声、散粒噪声、1/f噪声、噪声系数、低噪声运放选型。

热噪声1/f噪声低噪声运放

线性稳压器、开关稳压器、电源纹波抑制、双电源供电、电荷泵产生负压。

LDO开关电源电荷泵

静电保护ESD设计

ESD防护原理、TVS管选型、限流电阻、PCB布局注意事项。

ESDTVSPCB布局

PCB布局与布线

模拟地与数字地分割、星形接地、信号回流路径、屏蔽层处理。

地分割星形接地屏蔽

导联与电极

Ag/AgCl电极、干电极、导联线屏蔽、运动伪迹抑制。

Ag/AgCl干电极运动伪迹

前置放大级设计

低噪声设计、输入偏置电流补偿、交流耦合、直流偏移抑制。

低噪声偏置补偿交流耦合

后级放大与增益分配

多级增益分配、动态范围、输出驱动能力、抗饱和设计。

增益分配动态范围抗饱和

隔离与安全设计

电气隔离标准（IEC60601）、隔离放大器、隔离电源、爬电距离。

IEC60601隔离爬电距离

多通道同步采集

多通道串扰抑制、同步采样保持、多路复用、时序控制。

多通道串扰同步采样

ADC选型与驱动

SAR ADC、Sigma-Delta ADC、采样率与分辨率权衡、参考电压设计。

SARSigma-Delta参考电压

数字接口设计

SPI、I2C、UART接口、数据打包、FIFO缓冲。

微控制器选型

STM32/ESP32等MCU选型、ADC接口、DMA传输、实时性要求。

固件开发基础

ADC初始化、定时器配置、中断服务程序、数据采集循环。

ADC定时器中断

数字滤波算法

移动平均滤波、中值滤波、IIR/FIR滤波器实现、实时处理优化。

移动平均中值滤波IIR

数据预处理

基线漂移去除、工频陷波、伪迹检测与剔除、数据归一化。

基线漂移陷波归一化

无线传输设计

蓝牙BLE、WiFi、ZigBee选型、低功耗设计、数据压缩。

低功耗设计

电源管理、睡眠模式、动态电压调节、能量采集可能性。

睡眠模式DVS能量采集

系统校准与测试

增益校准、偏置校准、频率响应测试、噪声测试方法。

校准频率响应噪声测试

电磁兼容EMC设计

屏蔽、滤波、接地、布局优化、EMC测试标准。

EMC屏蔽滤波

可靠性设计

冗余设计、看门狗、电源监控、故障检测与恢复。

看门狗冗余故障检测

心电ECG采集实例

标准导联系统、典型电路设计、常见问题与调试。

ECG导联调试

脑电EEG采集实例

电极放置、微弱信号放大、伪迹抑制、alpha波检测。

EEGalpha波伪迹抑制

肌电EMG采集实例

差分检测、运动伪迹处理、特征提取、应用场景。

EMG差分检测特征提取

系统集成与产品化

整机调试、性能指标验证、认证流程、生产注意事项。

整机调试认证生产