[实用新型]一种数字补偿的差分信号采集系统电路

说明书

本实用新型涉及信号处理技术领域，具体地说是一种数字补偿的差分信号采集系统电路，包括高频电磁干扰滤波器、差动放大器、模数转换器件、处理器、控制器，高频电磁干扰滤波器的输出端与差动放大器的输入端连接，差动放大器的输出端与模数转换器件的模拟输入端连接，模数转换器件的数字输出端与处理器的数字输入端连接，模数转换器件的控制输入端与控制器的控制输出端连接，控制器的时序控制输出端与模数转换器件的时序控制输入端连接，本实用新型同现有技术相比，克服由模拟器件精度失配和漂移带来的通道间不匹配、降低共模抑制比的技术问题，同时降低了器件成本，减低了设备运行的功率和温度，提高了设备的稳定性。

技术领域

本实用新型涉及信号处理技术领域，具体地说是一种数字补偿的差分信号采集系统电路。

背景技术

在信号采集系统中，尤其是涉及医用诊断信息的采集系统中，经常会将单端信号转换为差分信号，以增强在信号传递链路中的抗干扰性。一对差分信号可由以下公式来描述：，其中，为共模信号，在、两极为幅度和相位均相等；为差模信号，在、两极为幅度相等，相位相差180°。

在电生理系统中，来自人体的单端电信号被体表和体内的电极拾取后，经由单端转差分处理后，进入差动放大器被放大，如图1所示的差动放大器电路。理想条件下，放大器的输出电压由以下公式给出：。

进一步地，当满足的条件，并将代入，可进一步简化为。即在理想情况下，共模信号被差动放大器完全抑制，而仅有差模信号被放大。

上述讨论所基于的条件是：1）放大器为理想放大器，即对有完全抑制的能力；2）的条件被完全满足。在实际情况中，由于放大器内部电路不可能做到完全对称，因此无法做到对的完全抑制。所描述的实际电阻阻值不可能做到完全相等，电阻比例也不可能完全适配。同时，电阻阻值在温度变化的环境中，会以的规律发生变化，其中，为电阻在温度时的阻值，为电阻在温度时的阻值，为温度变化引起的电阻变化值，为温度相对于温度的变化量，通常在机箱内部，最大可达50-60℃，为电阻在的范围内电阻阻值随温度的平均变化率，对于常用的厚膜贴片电阻，一般为±200-400PPM/℃。假设电阻为厚膜贴片电阻，在25℃时的零功率电阻为1000Ω，则在散热良好的机箱中，其阻值会变化为1000±6Ω，变化量达到了0.6%的原始阻值。

以上讨论的电阻漂移，会导致一部分向变化，导致基于模拟电路的放大器性能指标的下降。工程上将放大器对共模信号的抑制能力称为共模抑制比CMRR，给出其数学定义，其中，表示放大器对差模信号的增益，表示放大器对共模信号的增益。

下面以图1为例，讨论外围电阻失配对放大器共模抑制比的影响。假设电阻采用的精度是相同的，其允差为，，则式中，与可由表示。

由电阻导致的共模抑制比记为，由放大器器件导致的共模抑制比记为，两者整体的共模抑制比R记为，则：，。即电阻导致的共模抑制比与差模增益和电阻精度有关，整体的共模抑制比由和中更小的值确定。

在，的基础上，假设差模增益，，，则计算得到。若其他条件不变，，则计算得到。若需完全利用放大器的共模抑制比，则对应的电阻精度，从技术和经济的角度来说显然是不现实的。

由于半导体技术的不断发展，目前放大器器件本身的共模抑制比最高可达到120~140dB，即在放大器输出端的共模信号幅度，最小可达到输入共模信号幅度的10^-6至10^-7倍，为了达到如此优异的共模抑制性能，所需电阻适配的要求会更严苛，加之电路板布线的微小差异和通道切换器件之间的导通电阻差异，在模拟域中几乎是不可能实现的。