Transcript 講義下載 - 非破壞性檢測實驗室

教育部智慧電子跨領域應用專題課程
生醫監控晶片系統
Department of Electrical Engineering
National Cheng Kung University
Tainan, Taiwan, R.O.C.
Apr 2012
2015/4/13
1
NDT & NBMIS LAB
Outline
□ ECG Introduction
□ ECG Circuit Design
□ Q&A
2015/4/13
2/26
NDT & NBMIS LAB
ECG Introduction
SA node產生的訊號至P點
心室去極化，接著訊號經由左
心房傳遞到房室結（AV node）
將停滯約1/10秒（如上圖黃色
部份），待血液填充心房後，
訊號經由神經纖維傳遞，Q點
之後傳遞訊號使心房收縮（R
點），在S點後等待細胞去極化
（T點）準備下一個週期的運
作。
2015/4/13
3/26
NDT & NBMIS LAB
ECG Introduction
2015/4/13
4/26
NDT & NBMIS LAB
ECG Introduction
A typical ECG signal profile with the timing of components defined
Baseline
缺血—tall or inverted T wave (infarct),
ST segment may be depressed (angina)
損傷—elevated ST segment, T wave may invert
梗塞 (急性)—abnormal Q wave,
ST segment may be elevated and T wave
may be inverted
梗塞 (時間不知）—abnormal Q wave,
ST segment and T wave returned to normal
2015/4/13
5/26
NDT & NBMIS LAB
測量方法
Lead I = 左手電位與右手電位之差= LA–RA
Lead II = 左腳電位與右手電位之差= LL–RA
Lead III= 左腳電位與左手電位之差= LL–LA
通常我們取右腳為參考接地，這是因為
右腳離心臟最遠，所以電位變化最小。
2015/4/13
6/26
NDT & NBMIS LAB
ECG量測
●心電圖量測系統時的生理雜訊干擾
●以下簡單介紹二種生理雜訊的產生與解決方法
-Offset potential
-電極片與人體皮膚接觸的介面之間產生的一直流電位。
解決方法：
(1)把皮膚的表皮磨去(用酒精擦拭亦可)。
(2)使用乾淨的電極片並且貼牢人體皮膚。
(3)選擇設計良好的電極片。
2015/4/13
7/26
NDT & NBMIS LAB
ECG Circuit Design
2015/4/13
8/26
NDT & NBMIS LAB
ECG Circuit Design
2015/4/13
9/26
NDT & NBMIS LAB
ECG Circuit Design
電源電路
濾波+放大電路
電池
儀表放大
2015/4/13
10/26
NDT & NBMIS LAB
電路說明-電源電路
說明：利用一顆9V電池和UA741做出正負4.5V的
電壓,供應一開始訊號放大使用。
2015/4/13
11/26
NDT & NBMIS LAB
電路說明-儀表放大器
說明：RG=1 KΩ ， Gain=1+50=51，電極訊號經過
INA128後，放大51倍。
2015/4/13
11/26
NDT & NBMIS LAB
電路說明-二階High-pass電路及非反相放大器電路
利用公式(a)、(b)、(c)可以計算出元件的相關尺寸、Q
值及增益因子。其截止頻率約為0.5Hz，品質因子約為
0.635，增益因子約為1.425。
2015/4/13
(a)
fH 
1
2 R1R2C1C2
(b)
QH 
R1R2C1C2
R1C2 (1  K H )  R2 (C1  C2 )
(c)
RF
KH  1
RG
12/26
NDT & NBMIS LAB
電路說明-二階High-pass電路及非反相放大器電路
先通過一高通濾波器後再由非反相放大器放大生
理訊號。非反相放大器之增益為可變增益，我們將調
變增益來取得適當的生理訊號。
2015/4/13
13/26
NDT & NBMIS LAB
電路說明-二階Low-pass電路
利用公式(a)、(b)、(c)可以計算出元件的相關尺寸、
Q值及增益因子。其截止頻率約為40Hz，品質因子約
為0.635，增益因子約為1.425。
2015/4/13
(a)
fL 
1
2 R1R2C1C2
(b)
QL 
R1R2C1C2
R1C2 (1  K L )  R2 (C1  C2 )
(c)
KL  1
14/26
RF
RG
NDT & NBMIS LAB
電路說明-二階Low-pass電路
藉由通過一低通濾波器來降低40Hz以上的高頻生
理訊號。
2015/4/13
15/26
NDT & NBMIS LAB
電路說明-Notch電路
Notch電路主要用來截止市電所產生的雜訊(60Hz)
由於市電雜訊頻率約為60Hz，故設計此電路之截止頻率
為60Hz。由下列公式可以得到其截止頻率約為60Hz。
公式：
fc 
2015/4/13
1
2RC
16/26
NDT & NBMIS LAB
CMRR
頻率
DC
0.05
0.1
0.5
1
5
10
50
100
500
Ad
40
X
50
52
54
52
52
52
52
52
Ac
4.74m
X
4.74m
4.74m
4.74m
4.74m
4.74m
4.74m
4.74m
4.74m
CMRR
8440
X
10548
10970
11392
10970
10970
10970
10970
10970
CMRR(dB)
78.5
X
80.5
80.8
81.1
80.8
80.8
80.8
80.8
80.8
500Hz
2015/4/13
17/26
NDT & NBMIS LAB
實驗結果
R
P
T
Q
2015/4/13
S
P: 心房收縮
QRS: 心室收縮
T: 心室舒張
18/26
NDT & NBMIS LAB
Q&A
1.CMRR(INA128)量測
2.濾波器(HPF、LPF、Notch)驗證
3.請說明參考接地之重要性
4.請說明比較60 Hz帶拒濾波器接或不接之訊號
2015/4/13
19/26
NDT & NBMIS LAB
-補充資料-
運算放大器特性及放大器
‧了解運算放大器特性
‧建立運算放大器之頻率響應曲線
2015/4/13
20/26
NDT & NBMIS LAB
運算放大器(OP,Operation Amplifer)
具有很大之開路增益
常用於閉迴路(負迴授)放大
一般常需雙電源
具有差動輸入端對雜訊有很好之抵抗能力
用途：
1.放大小信號
2.濾波器
3.振盪器
4.比較器
5.隔離及緩衝器
理想運算放大器
1.輸入阻抗無窮大
2.頻寬無窮大
3.輸出阻抗=0
4.放大倍率無窮大
2015/4/13
21/26
NDT & NBMIS LAB
規格
輸入補償電壓:
，理想上當輸入電壓
為0時輸出為0，實際約小於2mv
輸入偏壓電流:
輸入補償電流:理想實際上不同
稱輸入補償電流
2015/4/13
22/26
NDT & NBMIS LAB
共模拒斥比(CMRR)及迴轉率(Slew Rate)
共模拒斥比(CMRR, Common-Mode Rejection Ratio):OP排除共模
信號能力之衡量標準(愈大愈好)，理想為無窮大，在兩輸入端輸
入相同信號時輸出為0
另一定義:開路增益與共模增益比
迴轉率(Slew Rate):將步級信號加在輸入端，此時輸出電壓之最
大變化率稱為迴轉率，愈大表示頻寬愈大。
2015/4/13
23/26
NDT & NBMIS LAB
特性量測
共模互斥比(CMRR)量測如圖電路，其中電阻須準確
2015/4/13
24/26
NDT & NBMIS LAB
反相放大器及頻率響應及開迴路及閉迴路放大器頻率響應
反相放大器及頻率響應
假設條件
1.理想放大器
2.開路放大增益Ao>>1
開迴路及閉迴路放大器頻率響應
當輸出/輸入之信號比小到基準值之
0.707倍時此頻率稱為轉折頻率
2015/4/13
25/26
NDT & NBMIS LAB
電阻色碼表
2015/4/13
25/26
NDT & NBMIS LAB
Thank You for Your Attention!
2015/4/13
NDT & NBMIS LAB