專利名稱:窄頻帶腦電圖放大器的制作方法
一般說來，本發明涉及一種放大器，用于放大表示皮膚的二個測位上電位的一對信號，更具體地說，是涉及用輸入信號研究皮層產生的電位的窄頻帶腦電圖放大器，所用的輸入信號與生成電位自動折射儀系統一起連用的放大器的窄頻帶相匹配。
一種類型的腦電圖(EEG)分析，是利用一個特殊頻率的輸入信號，該信號可在所研究對象的頭皮上產生一個電位，該電位是用EEG的探頭或電極進行測量的。另一類EEG的分析是依靠先鑒定的特定頻率，例如，對象在昏睡前馬上增加α波的放射強度。目前，使用EEG放大器所進行的此類分析，可以檢測從直流到幾千赫芝的頻率范圍。為了在這樣寬的頻率范圍內得到放大信號的能力，利用斬波器穩定的常規EEG放大器需化費10，000～15，000美元。但是，盡管化費如此高，放大器的電路如此完善，卻仍然不能消除在使用環境中所出現的全部噪音。在商務環境中，這是一個特殊的問題，例如，在光學儀器制造商的辦公室里通常并不提供隔離周圍電噪聲的裝置。
Beckman公司制造的611型放大器，就是這種常規EEG放大器之一例。此種放大器利用斬波穩定電路并具有上述靈活性。不過，多種EEG分析除了將標準引線跟耳垂相連之外，還使用二個或多個探頭來探測頭皮上皮膚的電位。這類研究顯示了附在頭皮上的二個探頭的電位差。為了用常規放大器，例如Beckman611型進行此類研究，用一個頭皮探頭作為基準引線，而另一頭皮探頭則與放大器的輸入相連。結果，用第一個頭皮探頭所測得的電位波動引起了放大器輸入部分的內接地的波動。因此，把輸入阻抗限制在3-5千歐姆的范圍之內。
本發明的主要目的，是為用于產生電位自動折射儀系統提供一種低噪聲EEG放大器。
從此目的來看，本發明屬于接收表示皮膚上兩個測點上電位的第一和第二輸入信號的低噪聲、窄頻帶放大器。該放大器包括第一、第二阻抗裝置，分別與接收第一和第二輸入信號的電路相連，以使在它們工作時，對第一和第二輸入信號提供恒定的阻抗，并分別輸出第一、第二內部信號，上述第一，第二阻抗裝置各自提供的恒定阻抗實際上相等;差動放大器裝置從第二個內部信號中減去第一個內部信號，產生第三個內部信號;而濾波器裝置則進行濾波并放大第三個內部信號，從而產生窄頻帶輸出信號，其特征在于為第一、第二阻抗裝置、差動放大器裝置和濾波器裝置供電的內部電源裝置;而屏蔽裝置則使第一、第二阻抗裝置、差動放大器裝置、濾波器裝置以及內電源裝置對外部電磁信號屏蔽。
下面將通過參照附圖舉例說明本發明的最佳實施方案，其中圖1為本發明放大器的部件分解圖;
圖2為圖1所示放大器電元件的電路圖。
根據本發明的EEG放大器，由于其機械結構使得能夠獲得很低的噪聲。如圖1所示，金屬罩10，包括罩蓋10a和底座10b，當罩蓋10a與底座10b用螺釘16連在一起時，金屬罩即將電路板14上的整個電部件12罩在其中。電路板14是一個磨光的平面電路板，板的一面上鍍有銅膜18。為了消除來自電源線的噪音，放大器以電池20供電。輸入插座21和輸出插座22裝在罩蓋10a上，并與電部件12連接。
根據本發明放大器的一個實施例的電部件12的連接，如圖2所示。主要電部件包括第一(23)及第二(24)阻抗元件，它們為第一和第二輸入信號提供高輸入阻抗，以使實際上任何一種形式的探頭或電極都可與此放大器連用。阻抗元件23和24的輸出分別是第一、第二內部信號。利用差動放大器25，從第一內部信號中減去第二個內部信號，輸出第三個內部信號給濾波部件26。濾波部件26包括一對帶通濾波器27及28，它們設計成具有基本相同的中心頻率、帶寬及增益。接著，帶通濾波器27和28與低通濾波器29、高通濾波器30相連。在圖2中，把低通濾波器29放在高通濾波器30的前面;然而，如果高通濾波器30放在低通濾波器29的前面，所得結果也是相似的。第一阻抗元件23及第二阻抗元件24和差動放大器25最好給出數量級為10的小增益，而濾波部件26提供的增益為106數量級。
在圖2的實施例中，輸入插座21接收輸入信號，該插座含有第一管腳31和第二管腳32，把導線插入其中后，就傳送指示研究對象的皮膚在二個不同部位上皮層電位的第一、第二輸入信號。該第一、第二輸入信號分別通過電阻33、34，并分別通過二極管削波電路35和36。二極管削波電路35和36各有兩個二極管38、40和42、44。二極管削波電路35和36，阻止二極管38和42上大于+9伏的正向偏壓及二極管40和44上的小于-9伏的負向偏壓達到運算放大器50和52。
運算放大器50和52分別是組成阻抗器23和24的低增益放大器的一個部分。運算放大器50和52可以用Burr-Brown制造的OP12放大器。運算放大器50和52各經過一個470歐姆的電阻58和同一節點上連接的100微法的接地電容60從電池20中的一個得到+9伏的電壓，同樣地，運算放大器50和52通過另-470歐姆的電阻62和同一節點上連接的另一個100微法的接地電容64從電池20中的另一個得到-9伏電壓。100千歐姆的電阻66給第一個運算放大器50提供反饋，電阻66經過20KΩ的電阻70和2uF電容72連接到另一個給運算放大器52提供反饋的100KΩ電阻68上。
直流偏置平衡電路74包括一個200千歐姆的電位器76及一個51千歐姆的電阻78。該直流偏置平衡電路74用于調整第一、第二阻抗元件54和56的平衡，以使它們提供基本相等的阻抗。
第一和第二個運算放大器50和52，分別通過一個10千歐姆的電阻80和82，輸出第一和第二內部信號給低增益的差動放大器25。第三運算放大器84從第二內部信號減去第一內部信號從而產生第三內部信號。第三內部信號經過另一個10千歐姆的電阻86反饋給運算放大器84。差動增益平衡電路88連接到運算放大器84的接收第二內部信號的節點上。差動增益平衡線路88包括一個190千歐姆的電阻90和一個20千歐姆的電位器92，電阻90和電位器92串聯在電阻82和地線之間。運算放大器84可以是Burr-Brown制造的OP5運算放大器。運算放大器84同電池20相連接，以便在經1微法的電容器94接地的節點處得到++9伏和-9伏的電壓。
第三內部信號還通過2微法的隔直電容102加到第一帶通濾波器27，電容102提供的是交流耦合而阻止直流通過。帶通濾波器27含有一個像OP5之類的運算放大器104，該帶通濾波器27通過一個24千歐姆的電阻106接收交流耦合的第三內部信號。運算放大器104從470歐姆的電阻108和1微法的電容器110相連的節點處接收正電壓，而電阻108和電容器110則串聯在地線和電池20的+9伏端之間。運算放大器104從470歐姆的電阻112和1微法電容器114相連的節點處接收負電壓，電阻112和電容器114則串聯在地線和電池20的-9伏端之間。在第一帶通濾波器27中的反饋是由一個7.5兆歐的電阻116提供的;電阻116與一個0.001微法的電容118并聯。
第一帶通濾波器27的輸出經過提供交流耦合的第二隔直電容122。一個24千歐姆的電阻124把電容122連接到地。第二帶通濾波器28包括象OP5之類的放大器126。通過電阻108和112以及電容110和114給運算放大器126提供電源，其值及其連接方法和第一帶通濾波器27中相應的電阻、電容一樣。第二帶通濾波器28同第一帶通濾波器27一樣，通過一個7.5兆歐的電阻116和一個0.001微法的電容118提供反饋。不過，反饋電阻116和電容118在運算放大器126的輸入端經一個24千歐姆的電阻128和一個2微法的電容130接地。
在243KΩ電阻134的一端把第二帶通濾波器28輸出加到低通濾波器29上。電阻器134的另一端通過0.01uF電容136接地，并接到另一個243千歐的電阻138上。電阻138串聯到另一243千歐電阻140上。電阻140的一端與運算放大器142的輸入端之一相連，并通過0.022微法電容144接地。運算放大器142的另一輸入端以反饋方式直接接收它自己的輸出信號，而0.033微法的電容146把反饋信號加到電阻138和140的接點上。
低通濾波器29的輸出通過0.22微法電容器152的一端加給高通濾波器30。電容152的另一端經1.4千歐姆的電阻154接地。并與電容156連接。電容156與另一運算放大器160連接，并經7.5千歐的電阻162接地。運算放大器160的輸出作為反饋直接加給它的一個輸入端，并經41千歐的電阻164接到電容156和158的連接處。高通濾波器30的輸出還加到輸出插座22上，該插座最好是BNX同軸電纜連接器。運算放大器142和160最好采用RCA制造的CA3240型號的放大器。它的每一半可作一個運算放大器使用。
為了減小噪音，在放大器信號通路中所用的全部電阻最好是金屬膜電阻。這些電阻最好具有≤1%的誤差，以使濾波器盡可能精確。作精調用的電位器76和92最好是20圈的碳膜電位器。輸入插座21最好具有金觸點和安裝在金屬罩蓋10a上的一個屏蔽盒，以便使21持續屏蔽。
分別選擇上述部件，使第一、第二、第三運算放大器50、52和84，提供的總增益大約為10，這樣使在輸入信號中的噪聲不會被放得很大。另一方面，由于輸入信號非常弱，所以帶通濾波器、低通和高通濾波器提供的總增益可大約為106。
使用電池20，不僅消除了可能從電源線引來的噪聲，而且保證了研究對象或病人的安全。為了保證操作中的安全，輸出插座22只能與醫用示波器或其他醫用設備連用，這些醫用設備要滿足通常的絕緣要求;或者把輸出插座22與隔光的電壓-頻率轉換器或類似的電絕緣設備連用。
上述元件在差動放大器25中提供的共模抑制比大于85db。在差動增益平衡電路88中的電位器92可將共模抑制調到最大。
在帶通濾波器27、28，低通和高通濾波器29和30中所述的元件可將第三內部信號濾波，以便輸出衰減斜率大于18分貝/倍頻程的6赫芝信號。在帶通濾波器27和28中所用元件的電容、電阻值對放大器的濾波作用具有極其重要的影響，但是，互相連接的低通濾波器29和高通濾波器30，卻能用要求不高的元件得到大約為18分貝/倍頻程的衰減斜率。
盡管如上所述，根據本發明的放大器實際上可與任何一種探頭或電極連用，但當與為低噪聲而裝有屏蔽的元件連用時，該放大器將更加有效。當與為低噪聲而裝有屏蔽裝置的設備連用時，在本發明的放大器對信號放大之前，必須對從患者頭部來的EEG信號進行屏蔽。因此，需要用產生電位自動折射儀系統檢測的非常微弱的信號，可以運用本發明進行檢測和放大。
權利要求
1.一種接收表示皮膚在二個測位點上的電位的第一和第二輸入信號的低噪聲、窄頻帶放大器，該放大器包括第一和第二阻抗裝置，可連入線路，分別接收第一和第二輸入信號，分別為第一、第二輸入信號提供恒定阻抗，并分別輸出第一和第二內部信號，由上述第一、第二阻抗裝置各自提供的恒定阻抗實際上是相等的；差動放大器裝置，用于從第二內部信號減去第一內部信號以產生第三內部信號；濾波器裝置，用于濾波和放大第三內部信號，以得到窄帶輸出信號；其特征在于一種內部電源裝置，用于對第一和第二阻抗裝置、所述的差動放大器裝置和濾波器裝置供電；屏蔽裝置，用于屏蔽第一和第二阻抗裝置、差動放大器裝置、濾波器裝置和內部電源裝置，使其免受外部電磁信號的干擾。
2.根據權利要求
1的放大器，其中屏蔽裝置的進一步的特征在于有一金屬罩將上述第一和第二阻抗裝置、差動放大器裝置及濾波器裝置罩在其中;罩在上述金屬外罩里的平面電路板，用于安裝上述第一和第二阻抗裝置，所述差動放大器裝置和濾波器裝置;配有屏蔽盒的輸入插座，安裝在上述金屬罩內，工作時，可連接以接收第一和第二輸入信號;第一和第二削波裝置，安裝在上述平面電路板上，由上述金屬罩罩著，工作時，可分別與上述第一、第二阻抗裝置和輸入插座連接，用于分別把第一，第二輸入信號削波在預定電壓電平上;輸出裝置穿過上述金屬罩，為窄頻帶輸出信號提供了通路。
3.根據權利要求
2所述的放大器，其中的第一阻抗裝置的進一步特征在于第一低增益運算放大器工作時可與上述第一削波裝置和差動放大器裝置相連。
4.根據權利要求
2所述的放大器，其中的第二阻抗裝置的特征在于第二低增益運算放大器工作時可與第二削波裝置和差動放大器裝置相連。
5.根據權利要求
2所述的放大器其特征在于直流偏置平衡裝置工作時可與上述第二低增益運算放大器相連接，用于平衡上述第一和第二個低增益運算放大器中的直流偏置電壓。
6.根據權利要求
2所述的放大器，其中的濾波裝置的進一步特征在于第一和第二帶通濾波器分別具有第一和第二中心頻率，而且第一和第二中心頻率基本上相等第一交流耦合裝置，用來耦合上述差動放大器裝置和第一帶通濾波器;第二交流耦合裝置，用來耦合上述第一和第二帶通濾波器;低通濾波器工作時與第二帶通濾波器和輸出裝置連接;高通濾波器工作時與低通濾波器串聯。
專利摘要
一種適用于放大腦電圖(EEG)的低噪音、高增益差動放大器。最好安裝在一個屏蔽金屬罩內的平面電路板上。該放大器用電池供電，因而消除了可能來自電源系統的全部噪音。該放大器采用一對運算放大器為二個輸入信號各自提供一個高輸入阻抗。差動放大器產生的內部信號由一對帶通濾波器、相連的低通和高通濾波器進行濾波和放大。
文檔編號H03F3/195GK86102750SQ86102750
公開日1986年12月31日 申請日期1986年4月24日
發明者加利·威廉姆·舍溫, 約翰·邁克爾·索姆普 申請人:西屋電器公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan