Mạch op-amp này làm gì? (một phần của ECG)

Tôi muốn tạo một mạch ECG dựa trên sơ đồ này (từ biểu dữ liệu AD620AN):

Tôi không biết phần này của mạch và cách thức hoạt động của nó. Tôi biết điều này được gọi là một mạch điều khiển chân phải làm giảm ảnh hưởng của tiếng ồn. Nhưng tôi không biết chính xác làm thế nào phản hồi tiêu cực hoạt động trong trường hợp này. Ai đó có thể giúp tôi?

Người lái xe chân phải cố gắng lái điện áp trung bình của cơ thể để loại bỏ tiếng ồn. Chân phải được chọn vì nằm cách xa tim, do đó, bất kỳ tín hiệu nào được đưa vào sẽ có chế độ chung cho hai điện cực gần tim.

Ổ chân phải được gắn chặt với cơ thể hơn nhiều so với tiếng ồn xung quanh, nó phát ra từ khớp nối điện dung đến những thứ như nguồn điện xoay chiều trong phòng.

Mạng trong đường dẫn phản hồi của opamp trình điều khiển chân phải cung cấp một số bộ lọc tín hiệu thông thấp.

Mạch này, và sự cần thiết của nó, có ý nghĩa hơn nhiều khi bạn xem xét một số điều không được mô tả. Đầu tiên, hãy nhớ rằng cần thiết phải thiết lập một số loại điện áp tham chiếu trên thân máy, để điện áp tại các điện cực đo có một số tham chiếu liên quan đến mạch.

Hình ảnh tham chiếu này được thiết lập bởi một điện cực Chân phải kết nối trực tiếp với mặt đất mạch. Nếu một kết nối không trở kháng với cơ thể có thể được thực hiện như thế này, chúng ta đã hoàn thành và sẽ không cần kết nối chân điều khiển.

Trong thực tế, kết nối giữa điện cực tham chiếu và mạch có thể là kiloohms, hoặc hàng chục kiloohms. Bây giờ, do các điện áp chế độ chung đi trên cơ thể, và thực tế là điện cực tham chiếu được kết nối thông qua các trở kháng cao đối với mặt đất, có dòng điện đi lạc. (Đây không phải là một vấn đề trên các điện cực tín hiệu, đi vào trở kháng đầu vào rất cao, trái ngược với mặt đất).

Những gì mạch Driven Leg làm là sử dụng các kỹ thuật phản hồi để đo điện áp chế độ chung và đưa nó trở lại qua điện cực tham chiếu. Điều này có hiệu quả làm giảm trở kháng của kết nối tại điện cực tham chiếu bằng hệ số khuếch đại của phản hồi.

Tôi đang đính kèm Hình 1 từ Winter, Bruce B. và John G. Webster. "Thiết kế mạch chân phải." Giao dịch của IEEE về Kỹ thuật y sinh 1 (1983): 62-66., Cho thấy trở kháng điện cực được rút ra, nhưng tôi khuyên bạn nên đọc bài báo nếu bạn có thể lấy nó, vì nó cho thấy rất rõ ràng về việc giảm trở kháng hiệu quả.

Tôi đã thấy giải pháp mạch kỳ lạ này lần đầu tiên vào ngày hôm qua và nó ngay lập tức thu hút sự chú ý của tôi. Rõ ràng đã có một số ý tưởng thông minh về việc triệt tiêu các tín hiệu chế độ chung. Nó thế nào?

Để nắm bắt ý tưởng cơ bản, trước tiên tôi đã loại bỏ tất cả các chi tiết nhỏ gây cản trở sự hiểu biết và bắt đầu cố gắng xem các nguyên tắc và khối xây dựng mạch quen thuộc. Tôi đã đơn giản hóa và phác thảo sơ đồ mạch và tập trung xung quanh phần với op-amp AD705 (А3):

Kết cấu. Tôi thấy hai điện áp đầu vào một đầu (VIN- và VIN +) giữa các điện cực tín hiệu và điện cực tham chiếu. Đáng ngạc nhiên là "nguồn" đầu vào của họ không được nối đất ... nhưng được kết nối với đầu ra op-amp. Cái quái gì thế?!? Aha ... chúng được kết nối với mặt đất "di chuyển", có thể cho phép các biến thể đồng thời (chế độ chung) của chúng bị triệt tiêu.

Các điện áp đầu vào được đệm bằng cách khuếch đại các giai đoạn (A1 và A2) với trở kháng đầu vào cao. Liên quan đến các tín hiệu chế độ chung, các giai đoạn này đóng vai trò là tín hiệu điện áp . Đó là lý do tại sao tôi không vẽ mạng ba điện trở giữa các đầu ra của bộ khuếch đại đầu vào vì nó chỉ quan trọng đối với chế độ vi sai.

Nhưng những gì 2 mạch điện trở giữa các đầu ra theo dõi phục vụ? Tôi nhận ra rằng một mùa hè đảo ngược op-amp được xây dựng với sự trợ giúp của Rf và A3.

Hoạt động. Hãy tưởng tượng rằng ban đầu cả hai điện áp đầu vào đều bằng không. Vì vậy, điện áp đầu ra op-amp VREF (của chân phải) cũng bằng không.

Nếu cả hai điện áp đầu vào cố gắng tăng (do một số điện áp nhiễu chế độ chung trên mặt đất "bất động" thực sự), điện áp đầu ra op-amp giảm (xấp xỉ) với điện áp nhiễu dưới mặt đất thực. Và vì "nguồn" điện áp đầu vào được kết nối không phải với thực mà là "mặt đất" có thể di chuyển được, nên điện áp của chúng di chuyển xuống cùng với điện áp nhiễu. Nói một cách hình tượng, đầu ra op-amp "kéo xuống" các điện áp đầu vào với cường độ của điện áp chế độ chung (đầu ra op-amp trừ điện áp tương đương từ điện áp ở chế độ chung). Kết quả là, đối với mặt đất thực, tín hiệu chế độ chung sẽ (gần như) bằng không.

Vì vậy, liên quan đến chế độ chung, mạch RDL kỳ lạ có thể được coi là một mùa hè đảo ngược op-amp với các nguồn đầu vào "nối đất" với đầu ra của nó thay vì mặt đất thực sự . Do "mặt đất di động" này, các tín hiệu chế độ chung bị triệt tiêu.

Nếu chúng ta kết hợp cả hai điện áp đầu vào và điện trở trong một, chúng ta có thể nghĩ về sự sắp xếp này như một bộ khuếch đại đảo ngược với mức tăng 200, đầu ra được đưa trở lại bởi VIN ... tức là, có hai phản hồi âm - cục bộ (được thực hiện bởi Rf, R1 và R2) và toàn cầu (bởi VCM).

Tôi đã đính kèm các sơ đồ mạch chính hãng được phác thảo bằng bút chì và cao su ngày hôm qua để minh họa thực tế hơn quá trình suy nghĩ của tôi dẫn tôi đến lời giải thích này. Tất nhiên, tôi có thể phác thảo chúng rất đẹp ... nhưng vì vậy chúng sẽ trở nên ít thông tin hơn ...