总体设计思路 - 用Microchip构建高性能的生物电信号采集系统前端模块

　　总体设计思路

　　本文提出图3所示的，采用隔离数字信号的方法代替隔离模拟信号的方法。将具有模数转换功能和数字信号处理能力的DSC放到隔离前端，直接对模拟信号采样和进行数字滤波，再传递经过处理的数字信号的方法。

　　

　　图3 基于DSC和数字隔离的新型生物电信号采集系统

　　图3所示的系统在降低隔离电路失真度的前提下大幅度的降低了总功耗和生产成本，原因在于：省去了复杂的模拟隔离电路，可以使用3V的单电源供电；整个数字隔离电路不存在电路工作点的调整和稳定问题，降低了静态工作电流，提高了温度稳定性；利用DSC的高运算速度和采样率，实现过采样和数字滤波，取代模拟低通滤波器和工频陷波器，进一步降低电路的复杂程度和功耗；所有器件可以直接使用，省去了挑选配对光耦和工作点的调整过程，节约了大量的人力，适于批量生产。

　　另外，在实际电路中，往往需要多路同时采集（一般心电信号需要3－12路，肌电信号需要4路信号同时采集）。如果使用传统的隔离模拟信号的方法，隔离通道数必须和信号路数相同；而本文提出的数字隔离方法，只需将数字通讯的带宽平均分频给每个通道，这样只要一套DSC和数字隔离电路就可以同时完成多个通道的数据隔离和传输任务。

　　数字滤波器的实现

　　抗混叠的低通滤波器，用无限冲击响应滤波器实现。

　　对于工频干扰的噪声，需要用工频陷波器来去除。为了提高滤波器对噪声耦合通道变化的适应能力，由自适应滤波器构成工频陷波器。自适应滤波器和噪声耦合通路之间的拓扑结果如图4所示。

　　

　　图4 自适应滤波器的拓扑结构

　　构造出相位相差，频率分别为50、100、150Hz的六个“假想噪声”，然后在滤波过程中不断调整权值向量W，进而从有用信号和噪声的叠加信号T中得出和“假想噪声”最大线性相关的时间序列a，从模拟放大器的混合输出信号T中减去和“假想噪声”线性相关的序列a，就得到了和a不相关的误差序列e，这个序列就是所需的陷波结果。