วงจร op-amp นี้ทำอะไร? (ส่วนหนึ่งของ ECG)

ฉันต้องการสร้างวงจร ECG ตามแผนผังนี้ (จากแผ่นข้อมูล AD620AN):

ฉันไม่รู้ส่วนนี้ของวงจรและมันทำงานอย่างไร ฉันรู้ว่าสิ่งนี้เรียกว่าวงจรขับเคลื่อนขาขวาซึ่งลดผลกระทบของเสียงรบกวน แต่ฉันไม่รู้ว่าการตอบรับเชิงลบทำงานอย่างไรในกรณีนี้ มีคนช่วยฉันได้ไหม

ไดรเวอร์ขาขวาพยายามขับแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยของร่างกายเพื่อตัดเสียงรบกวน เลือกขาขวาเพราะอยู่ไกลจากหัวใจดังนั้นสัญญาณใด ๆ ที่ถูกฉีดเข้าไปจะมีโหมดทั่วไปสำหรับสองขั้วไฟฟ้าใกล้กับหัวใจ

ไดรฟ์ขาขวานั้นถูกแนบเข้ากับตัวเครื่องอย่างแน่นหนามากกว่าเสียงรบกวนรอบข้างที่รับมาจากการเชื่อมต่อแบบ capacitive ไปจนถึงสิ่งต่าง ๆ เช่นไฟฟ้ากระแสสลับในห้อง

เครือข่ายในเส้นทางคำติชมของ opamp ไดรเวอร์ขาขวาให้การกรองสัญญาณผ่านความถี่ต่ำบางสัญญาณ

วงจรนี้และความต้องการมันจะสมเหตุสมผลมากขึ้นเมื่อคุณพิจารณาบางสิ่งที่ไม่ได้อธิบาย อันดับแรกจำไว้ว่าจำเป็นต้องสร้างแรงดันอ้างอิงบางส่วนในร่างกายเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้าวัดมีการอ้างอิงบางส่วนเกี่ยวกับวงจร

รูปภาพอ้างอิงนี้ถูกสร้างขึ้นโดยอิเล็กโทรดขาขวาเชื่อมต่อโดยตรงกับพื้นวงจร หากการเชื่อมต่อที่ไม่มีอิมพีแดนซ์เข้ากับร่างกายนั้นสามารถทำได้เช่นนี้เราจะทำและไม่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อที่ขับเคลื่อนด้วยขา

ในความเป็นจริงการเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กโทรดอ้างอิงและวงจรอาจเป็นกิโลวัตต์หรือหลายสิบกิโลวัตต์ ตอนนี้เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปขี่อยู่บนร่างกายและความจริงที่ว่าขั้วอ้างอิงอ้างอิงเชื่อมต่อผ่านอิมพีแดนซ์ที่มีค่าสูงถึงพื้นมีกระแสจรจัด (นี่เป็นปัญหาที่น้อยกว่าในขั้วสัญญาณสัญญาณซึ่งเข้าสู่อิมพีแดนซ์อินพุตที่สูงมากซึ่งตรงข้ามกับพื้นดิน)

สิ่งที่วงจร Driven Leg ใช้คือเทคนิคการป้อนกลับเพื่อวัดแรงดันโหมดทั่วไปและป้อนกลับผ่านอิเล็กโทรดอ้างอิง สิ่งนี้ช่วยลดความต้านทานของการเชื่อมต่อที่ขั้วอ้างอิงได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยปัจจัยที่ได้รับจากการป้อนกลับ

ฉันกำลังแนบรูปที่ 1 จาก Winter, Bruce B. และ John G. Webster "การออกแบบวงจรขาขวา - ขับเคลื่อน" ธุรกรรม IEEE เกี่ยวกับวิศวกรรมชีวการแพทย์ 1 (1983): 62-66. ซึ่งแสดงอิมพีแดนซ์อิเล็กโทรดที่วาดเข้าไป แต่ฉันขอแนะนำให้อ่านกระดาษถ้าคุณสามารถรับมันได้เพราะมันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจน

ฉันเห็นโซลูชันวงจรแปลก ๆ นี้เป็นครั้งแรกเมื่อวานนี้และมันก็ดึงดูดความสนใจของฉันทันที เห็นได้ชัดว่ามีความคิดที่ฉลาดในการระงับสัญญาณโหมดทั่วไป มันเป็นอย่างไร

เพื่อที่จะเข้าใจแนวคิดพื้นฐานฉันได้ลบรายละเอียดเล็ก ๆ น้อย ๆ ทั้งหมดที่ขัดขวางความเข้าใจและเริ่มพยายามดูโครงสร้างและหลักการสร้างวงจรที่คุ้นเคย ฉันลดความซับซ้อนและร่างแผนภาพวงจรและจดจ่อกับชิ้นส่วนด้วย AD705 op-amp (А3):

โครงสร้าง. ฉันเห็นแรงดันไฟฟ้าอินพุตแบบปลายเดียวสอง (VIN- และ VIN +) ระหว่างขั้วสัญญาณและขั้วไฟฟ้าอ้างอิง น่าแปลกที่อินพุต "แหล่งที่มา" ของพวกเขาไม่ได้ต่อสายดิน ... แต่เชื่อมต่อกับเอาท์พุทแอมป์ นั่นมันอะไรกันเนี่ย!? อ่า ... พวกเขาเชื่อมต่อกับพื้น "ที่กำลังเคลื่อนที่" ซึ่งอาจอนุญาตให้มีการหยุดการเปลี่ยนแปลง (โหมดทั่วไป) พร้อมกันของพวกเขาได้

แรงดันไฟฟ้าอินพุตถูกบัฟเฟอร์โดยขั้นตอนการขยาย (A1 และ A2) ที่มีความต้านทานอินพุตสูง ในเรื่องการส่งสัญญาณที่พบบ่อยโหมดขั้นตอนเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้า นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันไม่ได้วาดเครือข่ายของตัวต้านทานสามตัวระหว่างเอาท์พุทของแอมป์อินพุทเพราะมันสำคัญสำหรับโหมดเฟืองท้ายเท่านั้น

แต่วงจรตัวต้านทาน 2 ตัวระหว่างเอาต์พุตของผู้ติดตามทำหน้าที่อะไร ฉันรู้ว่าฤดูร้อนที่มีการเปลี่ยนกลับในช่วงฤดูร้อนถูกสร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือของ Rf และ A3

การทำงาน ลองจินตนาการว่าในขั้นต้นทั้งแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็นศูนย์ ดังนั้นแรงดันเอาท์พุทแอมป์ VREF (ของขาขวา) จึงเป็นศูนย์เช่นกัน

หากแรงดันไฟฟ้าอินพุตทั้งคู่พยายามเพิ่มขึ้น (เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าในโหมดทั่วไปบางอย่างอยู่เหนือพื้นดิน "อสังหาริมทรัพย์" จริง) แรงดันเอาต์พุตขาออกของแอมป์จะลดลง (โดยประมาณ) โดยมีแรงดันเสียงรบกวนต่ำกว่าพื้นดินจริง และเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าอินพุต "แหล่งที่มา" นั้นไม่ได้เชื่อมต่อกับของจริง แต่เชื่อมต่อกับพื้นดิน "ที่เคลื่อนย้ายได้" แรงดันไฟฟ้าของพวกมันจะลดลงด้วยแรงดันเสียง เปรียบเปรยพูดเอาท์พุทแอมป์ "ดึง" แรงดันไฟฟ้าอินพุตด้วยขนาดของแรงดันโหมดทั่วไป (เอาท์พุทแอมป์สหกรณ์ลบแรงดันไฟฟ้าเทียบเท่าจากแรงดันโหมดทั่วไป) เป็นผลให้ในแง่ของพื้นดินจริงสัญญาณสามัญโหมดจะ (เกือบ) ศูนย์

ดังนั้นในส่วนที่เกี่ยวกับโหมดทั่วไปวงจร RDL แปลกอาจจะคิดว่าเป็นของฤดูร้อน op-amp กลับหัวกับแหล่งสัญญาณ "สายดิน" เพื่อการส่งออกแทนของพื้นดินที่แท้จริง เนื่องจาก "กราวด์ที่เคลื่อนที่ได้" นี้จึงทำให้สัญญาณโหมดทั่วไปถูกระงับ

หากเรารวมทั้งแรงดันไฟฟ้าอินพุตและตัวต้านทานในตัวเดียวเราสามารถคิดว่าการจัดเรียงนี้เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่กลับเข้ามาใหม่ที่มีอัตราขยาย 200 ซึ่ง VIN เอาท์พุทจะถูกป้อนกลับ ... นั่นคือ R1 และ R2) และทั่วโลก (โดย VCM)

ฉันได้แนบไดอะแกรมวงจรของแท้ที่ร่างด้วยดินสอและยางเมื่อวานนี้เพื่อแสดงให้เห็นถึงแนวความคิดของฉันที่สมจริงมากขึ้นซึ่งนำฉันไปสู่คำอธิบายนี้ แน่นอนฉันสามารถจัดเค้าร่างได้อย่างสวยงาม ... แต่พวกเขาจะให้ข้อมูลน้อยลง ...