Bu op-amp devresi ne yapıyor? (EKG'nin bir parçası)

Bu şematik (AD620AN veri sayfasından) dayalı bir EKG devresi oluşturmak istiyorum:

Devrenin bu bölümünü ve nasıl çalıştığını bilmiyorum. Buna , gürültünün etkisini azaltan sağ bacak tahrikli devre denir . Ancak bu durumda olumsuz geri bildirimin tam olarak nasıl çalıştığını bilmiyorum. Birisi bana yardım edebilir mi?

Sağ bacak sürücüsü, gürültüyü gidermek için vücudun ortalama voltajını sürmeye çalışır. Sağ bacak, kalpten uzak olduğu için seçilir, bu nedenle üzerine enjekte edilen herhangi bir sinyal, kalbin yakınındaki iki elektrot için ortak mod olacaktır.

Sağ bacak tahriki, kapasitif kuplajdan odadaki AC gücü gibi şeylere aldığı ortam gürültüsünden çok vücuda daha sıkı bağlıdır.

Sağ bacak sürücüsü opampının geri bildirim yolundaki ağ, sinyalin düşük geçişli filtrelemesini sağlar.

Bu devre ve buna olan ihtiyaç, tasvir edilmeyen bazı şeyleri düşündüğünüzde çok daha mantıklıdır . İlk olarak, vücut üzerinde bir tür referans voltajı oluşturmak için gerekli olduğunu unutmayın, böylece ölçüm elektrotlarındaki voltajın devreye göre bir miktar referansı olur.

Bu referansın doğrudan devre toprağına bağlı bir Sağ Bacak elektrodu tarafından oluşturulduğunu hayal edin. Eğer vücuda sıfır-empedanslı bir bağlantı böyle yapılabilirse, biz yapılırdık ve tahrikli bacak bağlantısına gerek kalmazdı.

Aslında, referans elektrot ve devre arasındaki bağlantı kiloohm veya onlarca kiloohm olabilir. Şimdi, vücuda binen ortak mod voltajları ve referans elektrotun yüksek empedanslarla toprağa bağlı olması nedeniyle, kaçak akımlar var. (Bu, toprak yerine çok yüksek giriş empedanslarına giren sinyal elektrotlarında daha az problemdir).

Driven Leg devresinin yaptığı, ortak mod voltajını ölçmek için geri besleme tekniklerini kullanmak ve referans elektrottan geri beslemektir. Bu, referans elektrottaki bağlantının empedansını, geri besleme kazanımı faktörü ile etkili bir şekilde azaltır.

Fig 1'i Winter, Bruce B. ve John G. Webster'dan ekliyorum. "Tahrikli-sağ-bacak devre tasarımı." Biyomedikal Mühendisliğinde IEEE İşlemleri 1 (1983): 62-66.

Bu garip devre çözümünü dün ilk kez gördüm ve hemen dikkatimi çekti. Açıkçası ortak mod sinyallerini bastırmak için akıllıca bir fikir vardı. Nasıldı?

Temel fikri kavramak için önce anlayışı engelleyen tüm küçük ayrıntıları kaldırdım ve tanıdık devre yapı taşlarını ve ilkelerini görmeye çalıştım. Devre şemasını basitleştirdim ve çizdim ve AD705 op-amp (А3) ile parçanın etrafına odaklandım:

Yapısı. Sinyal elektrotları ve referans elektrot arasında iki adet tek uçlu giriş gerilimi (VIN- ve VIN +) gördüm. Şaşırtıcı bir şekilde, giriş "kaynakları" topraklanmamıştı ... ama op-amp çıkışına bağlandı. Bu da neydi böyle?!? Aha ... muhtemelen aynı anda (ortak mod) varyasyonlarının bastırılmasına izin veren "hareketli" bir zemine bağlandılar.

Giriş voltajları, yüksek giriş empedansı ile amplifikasyon aşamaları (A1 ve A2) ile tamponlanmıştır. Ortak mod sinyalleri ile ilgili olarak, bu aşamalar voltaj takipçileri olarak işlev gördü . Bu nedenle, giriş yükselteçlerinin çıkışları arasında üç direnç ağını çizmedim, çünkü sadece diferansiyel mod için önemliydi.

Peki, takipçi çıkışları arasındaki 2-direnç devresi ne işe yaradı? Rf ve A3'ün yardımıyla bir op-amp ters çevirme yazının yapıldığını fark ettim .

Operasyon. Başlangıçta her iki giriş voltajının da sıfır olduğunu düşünün. Böylece op-amp çıkış voltajı VREF (sağ bacağın) da sıfırdır.

Her iki giriş voltajı da artmaya çalışırsa (gerçek "taşınmaz" toprağın üzerindeki bazı ortak mod gürültü voltajı nedeniyle), op-amp çıkış voltajı (yaklaşık olarak) gerçek topraklamanın altındaki gürültü voltajı ile azalır. Ve giriş gerilimi "kaynakları" gerçek değil, "hareket edebilir" toprağa bağlı olduğundan, gerilimleri gürültü gerilimi ile aşağı doğru hareket eder. Mecazi olarak konuşursak, op-amp çıkışı ortak voltajın büyüklüğü ile giriş voltajlarını "aşağı çeker" (op-amp çıkışı ortak mod voltajından eşdeğer voltajı çıkarır). Sonuç olarak, gerçek toprak ile ilgili olarak, ortak mod sinyali (neredeyse) sıfır olacaktır.

Bu nedenle, ortak moda göre, garip RDL devresi, giriş kaynakları gerçek toprak yerine "topraklanmış" bir op-amp ters yaz olarak düşünülebilir . Bu "hareketli zemin" nedeniyle, ortak mod sinyalleri bastırılır.

Hem giriş voltajlarını hem de dirençleri bir arada birleştirirsek, bu düzenlemeyi çıktı VIN tarafından geri beslenen 200 kazançlı bir ters çevirici amplifikatör olarak düşünebiliriz ... yani, iki negatif geri besleme vardır - yerel (Rf, R1 ve R2) ve global (VCM ile).

Dün beni bu açıklamaya götüren düşüncelerimin gidişatını daha gerçekçi bir şekilde göstermek için kalem ve kauçukla çizilen orijinal devre şemalarını ekledim. Tabii ki, onları güzel bir şekilde özetleyebilirim ... ama böylece daha az bilgilendirici olacaklar ...