通过设计心电信号产生电路，观察了心电信号的小差模、大共模干扰的特点。并且更进一步理解了什么是差模信号，什么是共模信号。在今后的研发和科研工作中，自己设计给系统输入的信号，是必不可少的一步。无论是硬件实验还是算法仿真。

 1 三运放仪表放大器

        TP3的输出 = UA*（1+R11/（0.5*R13））

        TP11的输出 = UB*（1+R14/（0.5*R13））

        TP8的输出 = -1*TP3*（R7/R6）+ TP11*0.5*（1+R7/R6）

        R11=R14=RG，R6=R7=R18=R19 带入上式可以得到

        TP8 = （UB-UA）*（1+ 2*RG/ R13）

        RG=200KΩ，R13=20kΩ，则TP8 = 21*（UB-UA）。对心电的差分信号放大了21倍。

        VREF_1.65V是直流偏置

        直流偏置加入后 TP8= 21*（UB-UA）+ VREF_1.65V

        仪表放大器中对来自于右手和左手的RA和LA进行了减法，这样两个电极上携带的50Hz共模干扰，由于是同相位的，所以相减后得到了抑制。心电信号是180度相位，相减后得到了放大。

        仪表放大器有个抗干扰的指标成为共模抑制比。共模抑制比定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用简写CMRR来表示，单位是分贝db。CMRR =20*log│Aud/Auc│  (dB)。为了提高共模抑制比，仪表放大器中的减法器用高精度电阻，R6 R7 R18 R19 使用千分之一精度电阻。这样减法器才更接近理论值，对共模的减法才更精确。

        下面实测一下自制的三运放仪表放大器。由于体电阻网络是高阻，不能直接用示波器测试LA和RA，以防使共模信号不对称，影响共模增益的测试。运放输出是低阻，可以接示波器测量。所以说了解电路的输入输出阻抗，对正确测试也很重要。

        可以在“测量”栏里面添加通道1的交流有效值。1通道的交流有效值 1.95mV。信号源S2提供的共模是500mVpp，也就是177mV有效值。可以计算出共模信号放大倍数Auc= 1.95/177=0.011倍。（由于电路有1.65V偏置电压，所以示波器使用AC耦合来测试小交流信号）

        S1设置为500mVpp，电路分压是1/50，所以差模信号为10mVpp. 共模信号S2设置为直流0V。

        通道1的交流有效值65mV，输入的差模信号有效值是 10mVpp/2*0.707=3.5mV。差模信号的放大倍数 Aud= 65/3.5=18.6倍，接近理论值的计算 。（由于电路有1.65V偏置电压，所以示波器使用AC耦合来测试小交流信号）

        根据定义来计算共模抑制比 CMRR=20*log│Aud/Auc│= 20*log（18.6/0.011）=64.5db。

 2 右腿驱动电路

        右腿驱动电路是将共模信号取出后，经过反相，送给体电阻网络。用反相的共模信号抵消身体上的共模干扰。测量右腿驱动时不能悬空TP14，因为右腿驱动是跟体电阻网络构成一个负反馈。如果悬空TP14，那么就是切断了负反馈，U3B这个运放就没有了直流负反馈通路，输出会偏置到电源轨。

右腿驱动的负反馈建立时，U3B运放的6脚和5脚处于“虚短路”，这时6脚在负反馈的作用下近似为1.65V。TP3和TP11的共模电压也就是接近1.65V的直流，50Hz共模被抵消。TP3和TP11的差模信号，在R10和R17的中间分压为0，所以差模不受影响。

        右腿驱动接RL时，负反馈建立可以观察到通道1由于抵消了共模信号，变为接近1.65V的直流。通道2是右腿驱动的输出，它输出一个反相的共模信号，用于给体电阻网络抵消共模。

        右腿驱动不连接RL时，负反馈断开，可以看到通道2的直流11.4V，偏到了电源轨。通道1由于没有右腿驱动在体电阻网络上抵消共模，所以输出了共模信号。

3 单电源供电放大器

        C13是隔直电容，防止来自于四肢肌肉电信号引起的偏移，也防止第一级的运放零漂对第二级的影响。U4A运放有两个输入TP9和VREF_1.65V。利用叠加定理

        先计算只有TP9输入时，TP5= （1+ R9/R8）*TP9

        再计算只有负相输入VREF_1.65V时，TP5= - R9/R8 * VREF_1.65V

        再计算只有正相输入VREF_1.65V时，TP5=（1+ R9/R8）* VREF_1.65V

        最后将这个三个相加 TP5=1+ R9/R8）*TP9 + VREF_1.65V

        所以单电源供电运放对信号进行了放大 1+330k/11k=31倍 ，并且保持了1.65V的直流偏置（实际中由于LM358芯片管脚有偏置电流，在R15上会造成直流偏差，输出的直流不精确等于1.65V）。

        其中C8使放大器具有低通特性，用来调节带宽的限制。

        由于单电源放大器有直流偏置，所以采用交流耦合来测试交流小信号。根据交流有效值计算增益为 493.2/15.9=31.02倍。

4   50Hz陷波器

使用filter PRO软件来设计陷波器。

        陷波器可以用硬木课堂平台的bode图功能来扫频看幅频特性。由于bode图也要调用信号源和示波器的硬件，所以要先关闭信号源和示波器才能使用bode图。

        在使用bode图前，先用示波器和信号源测试电路的时域波形功能正常，然后在bode图扫描。Bode图默认是操作S1发激励信号，AIN1测试输入，AIN2测试输出。所以按下图连线。

        陷波器调试小技巧：由于元件有误差，主要是电容有误差，所以陷波器的频点实测跟仿真不一致。需要微调一下。一般是调节电阻，R31和R35要等值，然后R31、R35和R27按相同的比例改变。阻值增大则频点降低，阻值减小则频点增高。可以按10%的阻值变化来看看实际的频点变化。

        另外R2和R3配合的增益要小于1，以防陷波器自激。

5      总体的波特图扫描

        可以看到整体的bode图幅频响应曲线，将仪表放大器，单电源放大器，陷波器级联后，扫描幅频曲线。X轴是频率，用对数坐标。上图Y轴是增益。下图Y轴是相位。可以看到带宽内的增益为53db，换算为线性单位 446倍。

调试完毕后，各部分就准备好了。可以进行联调了。