Что делает эта схема операционного усилителя? (часть ЭКГ)

Я хотел бы создать схему ЭКГ на основе этой схемы (из таблицы данных AD620AN):

Я не знаю эту часть схемы и как она работает. Я знаю, что это называется правосторонней схемой, которая уменьшает влияние шума. Но я не знаю точно, как работает отрицательный отзыв в этом случае. Кто-нибудь может мне помочь?

Водитель правой ноги пытается управлять средним напряжением тела, чтобы нейтрализовать шум. Правая нога выбрана потому, что она далеко от сердца, поэтому любой вводимый сигнал будет иметь общий режим для двух электродов возле сердца.

Привод правой ноги гораздо прочнее связан с корпусом, чем окружающий шум, который он воспринимает в результате емкостной связи с такими вещами, как переменный ток в комнате.

Сеть в тракте обратной связи операционного усилителя правой ноги обеспечивает некоторую низкочастотную фильтрацию сигнала.

Эта схема и необходимость в ней имеют гораздо больше смысла, когда вы рассматриваете некоторые вещи, которые не изображены. Во- первых, помните , что это необходимо установить какое - то опорное напряжение на корпусе, таким образом , что напряжение на измерительных электродов имеет некоторые ссылки по отношению к цепи.

Представьте, что этот эталон устанавливается электродом правой ножки, напрямую подключенным к заземлению цепи. Если бы соединение с нулевым сопротивлением к телу могло быть выполнено таким образом, мы бы сделали это, и не было бы необходимости в соединении с управляемой ногой.

Фактически, соединение между электродом сравнения и схемой может составлять килоом или десятки килоом. Теперь из-за синфазных напряжений, воздействующих на корпус, и того факта, что электрод сравнения подключен через высокие импедансы к земле, возникают паразитные токи. (Это меньше проблем на сигнальных электродах, которые имеют очень высокое входное сопротивление, в отличие от заземления).

Схема с управляемым плечом использует методы обратной связи для измерения синфазного напряжения и подачи его обратно через электрод сравнения. Это эффективно снижает импеданс соединения на электроде сравнения с коэффициентом усиления обратной связи.

Я прилагаю рис. 1 от Винтера, Брюса Б. и Джона Г. Вебстера. «Схема с правосторонним управлением». IEEE транзакции по биомедицинской инженерии 1 (1983): 62-66., В которых показаны втянутые сопротивления электродов, но я настоятельно рекомендую прочитать статью, если вы можете ее получить, так как она показывает очень четкое представление об эффективном снижении полного сопротивления.

Вчера я впервые увидел это странное решение, и оно сразу привлекло мое внимание. Очевидно, была какая-то умная идея подавления синфазных сигналов. На что это было похоже?

Чтобы понять основную идею, я сначала удалил все мелкие детали, которые мешали пониманию, и начал пытаться увидеть знакомые строительные блоки и принципы схемы. Я упростил и набросал схему и сфокусировался вокруг детали с операционным усилителем AD705 (А3):

Структура. Я видел два несимметричных входных напряжения (VIN- и VIN +) между сигнальными электродами и электродом сравнения. Удивительно, но их входные «источники» не были заземлены ... но подключены к выходу операционного усилителя. Что, черт побери, это было?!? Ага ... они были подключены к "движущейся" земле, которая, вероятно, позволяла подавлять их одновременные (синфазные) вариации.

Входные напряжения буферизировались усилительными каскадами (А1 и А2) с высоким входным сопротивлением. Что касается синфазных сигналов, эти каскады действовали как следители напряжения . Именно поэтому я не проводил сеть из трех резисторов между выходами входных усилителей, потому что это было важно только для дифференциального режима.

Но что послужило 2-резисторному контуру между выходами повторителя? Я понял, что инвертирующий летний операционный усилитель был построен с помощью Rf и A3.

Операция. Представьте, что изначально оба входных напряжения равны нулю. Таким образом, выходное напряжение операционного усилителя VREF (правой ноги) также равно нулю.

Если оба входных напряжения пытаются увеличить (из-за некоторого синфазного шумового напряжения выше реальной «неподвижной» земли), выходное напряжение операционного усилителя уменьшается (приблизительно) с шумовым напряжением ниже реальной земли. А поскольку «источники» входного напряжения подключены не к реальному, а к «подвижному» заземлению, их напряжения снижаются вместе с шумовым напряжением. Образно говоря, выход операционного усилителя «сбрасывает» входные напряжения на величину синфазного напряжения (выход операционного усилителя вычитает эквивалентное напряжение из синфазного напряжения). В результате по отношению к реальному полю синфазный сигнал будет (почти) нулевым.

Итак, что касается обычного режима, странная схема RDL может рассматриваться как инвертирующее лето операционного усилителя с входными источниками, «заземленными» на его выходе вместо истинного заземления . Из-за этой «подвижной земли» синфазные сигналы подавляются.

Если мы объединим и входные напряжения, и резисторы в одном, мы можем думать об этом устройстве как о инвертирующем усилителе с усилением 200, выход которого подается обратно через VIN ... т.е. есть две отрицательные обратные связи - локальная (реализованная Rf, R1 и R2) и глобальный (по VCM).

Я приложил вчера подлинные принципиальные схемы, нарисованные карандашом и резиной, чтобы более реалистично проиллюстрировать ход моих мыслей, которые привели меня к этому объяснению. Конечно, я могу красиво их обрисовать ... но так они станут менее информативными ...