Що робить цей підсилювач? (частина ЕКГ)

Я хотів би створити схему ЕКГ на основі цієї схеми (з таблиці даних AD620AN):

Я не знаю цієї частини схеми і як вона працює. Я знаю, що це називається ланцюгом, що ведеться правою ногою, що зменшує ефект шуму. Але я не знаю точно, як негативний відгук працює в цьому випадку. Може хтось мені допоможе?

Водій правої ноги намагається керувати середньою напругою тіла, щоб скасувати шум. Права нога обрана тому, що вона знаходиться далеко від серця, тому будь-який сигнал, що вводиться там, буде загальним режимом для двох електродів біля серця.

Привід правої ноги набагато щільніше пов'язаний з корпусом, ніж навколишній шум, який він сприймає від ємнісного з’єднання до таких речей, як джерело змінного струму в приміщенні.

Мережа на шляху зворотного зв'язку правого драйвера Opamp забезпечує деяку фільтрацію низького проходу сигналу.

Цей контур і потреба в ньому мають набагато більше сенсу, коли ви розглядаєте деякі речі, які не зображені. По-перше, пам’ятайте, що необхідно встановити якесь опорне напруга на тілі, щоб напруга на вимірювальних електродах мала певну відмінність щодо ланцюга.

Уявіть, що ця посилання встановлюється електродом правої ноги, безпосередньо підключеним до заземлення. Якщо з’єднання з корпусом з нульовим опором вдасться зробити так, ми зробили б це, і не було б необхідності в підключеному нозі.

Фактично, з'єднання між опорним електродом і ланцюгом може бути кілоомів, або десятків кілоомів. Зараз через загальні режими напруги, що їдуть на корпус, і те, що опорний електрод підключений через високі опори до землі, виникають потоки струму. (Це менше проблеми на сигнальних електродах, які переходять у дуже високі вхідні опори, на відміну від заземлення).

Що стосується ланцюга керованої ноги - це використання методів зворотного зв’язку для вимірювання напруги загального режиму та подачі його назад через опорний електрод. Це ефективно зменшує імпеданс з'єднання на контрольному електроді на коефіцієнт посилення зворотного зв'язку.

Я прикріплюю Фіг.1 від Вінтера, Брюса Б. та Дж. Г. Вебстера. "Конструкція схеми приводу вправо-ноги". IEEE Операції з біомедичної інженерії 1 (1983): 62-66., Де показані намальовані електродні імпеданси, але я настійно рекомендую прочитати документ, якщо ви зможете його отримати, оскільки це показує дуже чітке визначення ефективного зменшення опору.

Я вчора вперше побачив це дивне рішення схеми, і це одразу привернуло мою увагу. Очевидно, була якась розумна ідея придушення загальних режимів сигналів. На що це було схоже?

Щоб зрозуміти основоположну ідею, я спершу видалив усі незначні деталі, які перешкоджали розумінню, і почав намагатися побачити знайомі схеми та принципи побудови. Я спростив і накреслив схему і зосередився навколо деталі з підсилювачем AD705 (А3):

Будова. Я побачив два однофазні вхідні напруги (VIN- і VIN +) між сигнальними електродами та електродом відліку. Дивно, але їх джерела "джерела" не були заземлені ..., але підключені до вихідного підсилювача. Що за чорт це було?!? Ага ... вони були підключені до "рухомої" землі, що, ймовірно, дозволило придушити їх одночасні (загальні) варіанти.

Вхідні напруги були буферизовані підсилюючими ступенями (A1 і A2) з високим вхідним опором. Що стосується сигналів загального режиму, то ці етапи виступали як послідовники напруги . Ось чому я не намалював мережу трьох резисторів між виходами вхідних підсилювачів, оскільки це було важливо лише для диференціального режиму.

Але чому служила схема 2-резистора між виходами послідовника? Я зрозумів, що літній інвертуючий підсилювач був побудований за допомогою Rf і A3.

Операція. Уявіть, що спочатку обидва вхідні напруги дорівнюють нулю. Тож вихідна напруга VREF (правої ноги) також дорівнює нулю.

Якщо обидві вхідні напруги намагаються збільшити (через деяку загальну напругу шуму над реальною «нерухомою» землею), вихідна напруга підсилювача зменшується (приблизно) із напругою шуму нижче реального заземлення. А оскільки вхідні напруги "джерела" підключені не до реального, а до "рухомого" заземлення, то їх напруги зміщуються із напругою шуму. Образно кажучи, вихідний підсилювач виводить "вниз" вхідні напруги на величину напруги загального режиму (вихідний вивідний вивід віднімає еквівалентну напругу від напруги загального режиму). Як результат, стосовно реального ґрунту сигнал загального режиму буде (майже) нульовим.

Таким чином, стосовно загального режиму дивна схема RDL може вважатися оптимальним літром, що інвертується з джерелами входу, "заземленими" на його вихід замість справжнього заземлення . Через цю "рухому землю" сигнали загального режиму придушуються.

Якщо поєднати вхідні напруги та резистори в одному, ми можемо вважати цю схему як інвертуючий підсилювач з коефіцієнтом посилення 200, вихід якого подається VIN ... тобто є дві негативні зворотні реакції - локальна (реалізована Rf, R1 і R2) і глобальні (за VCM).

Я вчора додав справжні схеми, намальовані олівцем і гумою, щоб більш реалістично проілюструвати хід своїх думок, що привели мене до цього пояснення. Звичайно, я можу їх окреслити красиво ... але так вони стануть менш інформативними ...