信号采集AD转换ppt课件.ppt

信号采集（A/D转换）,ADC中的两个主要过程：采样量化。采样率必须符合相农(Shannon)采样定理对采样率的限制：ADC转换时间；存储空间。量化误差和信噪比：ADC的位长转换信号的幅值是否与转换范围匹配,量化和量化误差,量化就是用有限长度的二进制数来逼近离散的模拟信号由于量化的结果是把尾数按四舍五入处理，对于有m位、输入电压范围是Vmax的A/D转换器，有0至2m-1共2m个等级，每个等级的增量为=Vmax/2m-1，那么，量化的最大误差就是emax(nT)=/2。,当输入信号的电压范围为10V，8位A/D转换器的分辨率是：,量化噪声的方差和有效值,假设量化噪声与被量化的模拟信号是统计独立的，而且概率密度是均匀分布的，则量化噪声的方差为：如果用12位A/D，Vmax=5V，那么，量化噪声的有效值A/D转换器的位数越长则量化噪声越小，精度越高。,量化中的信噪比,即输入信号幅度与量化噪声的有效值之比。在A/D的位数确定的情况下，使输入信号的幅值尽可能接近A/D的输入范围Vmax，就可能获得尽可能大的信噪比。这就是为什么需要根据采样的要求来确定生物电放大器的增益。,24位ADC，如果Vmax=10V=Vmax/2m-1=0.6V。它能够给我们带来什么？,生物电放大器技术特点,采用差分放大器高增益低噪声高输入阻抗合适的通频带电气隔离和保护,生物电放大器基本要求,不影响所检测部位的生理功能；测得的信号不能有畸变；必须能将有用信号和干扰分离开来；必须对可能的电击伤害提供有效的防护；放大器本身应能经受得起除颤器、电刀等产生的大电流的冲击。,生物电放大器的技术指标和测量,生物电放大器的技术指标,共模抑制比频率响应时间常数灵敏度噪声输入阻抗其它：走纸速度、线性度、阻尼、电安全性能。,共模抑制比,可表示为CMRR=Ad/Acm，其中Ad为系统总的差模增益，Acm为系统总的共模增益。共模抑制比常用分贝（dB）表示，即CMRR=20lg(Ad/Acm)，该值体现了仪器的抗共模干扰的能力。心电图机的共模抑制比至少要求为60dB，现在一般都能做到100dB以上。,频率响应,频率响应反映的是仪器对不同频率的信号的不同的灵敏度，要求心电图机对0.1到25Hz的频率范围内的信号，频率响应曲线必须是平坦的（0.5dB），截止频率是指灵敏度下降到70.7%（-3dB）时的频率。频（率）响（应）范围是指高频端截止频率（fH）和低频端截止频率（fL）之间的通频带范围。对于诊断用的心电图机的频响要求是0.05100Hz，对监护用的心电图机则频响要求可低些，如0.140Hz。,心电记录的频响要求,时间常数,时间常数反映的是仪器的低频截止频率（fL），由于频率低的信号要几秒钟、甚至十几秒才一周，难以测定，实际测定时是将生物电测量系统的低频特性看作一阶高通，用记录一个标准的阶跃信号幅度下降到=37%时所需的时间（t）来反映fL，对于心电图机，用1mv的标准信号测量，要求t 3.2秒。,灵敏度,对心电图机至少分三档：0.5，1，2，即5mm/mv，10 mm/mv，20 mm/mv三档。,噪声,放大器的噪声一般是指在输出端测得的、折合到输入端的噪声幅度。通常是在输入端为0电平时（输入接地）测量输出端的噪声峰峰值或有效值，除以放大器的增益极为放大器的噪声。噪声与放大器的通频带大小有关。选用噪声小的前置放大器，可以做到在0.5-100Hz 范围内噪声小于lV p-p。,输入阻抗,输入阻抗应该至少是信号源内阻的10倍以上。由于提高输入阻抗有利于提高信噪比，很多生物电放大器能够将输入阻抗做到100M。由于微电极阻抗可达540M，微电极前置放大器的输入阻抗应大于1000 M。,习题,根据心电图的一般要求，设计确定上述电路中元器件的参数。完成右腿驱动和屏蔽驱动电路的设计。讨论如何进行频率响应的测量。需要什么设备和如何使用？假定把生物电测量系统看作具有高通作用的一阶系统，推导fL和t之间的关系。,心电导联,标准导联,单极肢体导联,I=(VR-Vw)/R+(VL-Vw)/R+(VF-Vw)/R=0Vw=(VR+VL+VF)/3 VR=VR(VR+VL+VF)/3；VL=VL(VR+VL+VF)/3；VF=VF(VR+VL+VF)/3 VR+VL+VF=0；,单极和加压肢体导联的关系,Vw=(VL+VF)/2 aVR=VR(VL+VF)/22aVR=2VR VL VF3VR=3VR(VR+VL+VF)=2VR VL VFaVR:VR=3:2同理 aVR+aVL+aVF=0,胸导联,特殊胸导联,监护电极及其安放,RA、LA分别对应右上肢和左上肢，置于胸骨两侧第一或笫二肋间。RL、LL分别对应右下肢和左下肢，置于腋前线的剑状软骨水平。V对应胸导联。,