【導讀】由于這些干擾源的幅度可能比目標信號高得多，并且與信號頻率范圍重疊，因此信號鏈設計應考慮到這一點(diǎn)。交流和直流耦合解決方案是兩種需要考慮的性能權衡方法，可能取決于設計要求和應用用例。例如，連續監測系統（如身體佩戴貼片）的功率要求可能與使用腕戴設備進(jìn)行的抽查測量完全不同。
由于這些干擾源的幅度可能比目標信號高得多，并且與信號頻率范圍重疊，因此信號鏈設計應考慮到這一點(diǎn)。交流和直流耦合解決方案是兩種需要考慮的性能權衡方法，可能取決于設計要求和應用用例。例如，連續監測系統（如身體佩戴貼片）的功率要求可能與使用腕戴設備進(jìn)行的抽查測量完全不同。
澄清一下，當我們在本系列中提到交流或直流耦合信號鏈時(shí)：
交流耦合： 高通濾波器/傳遞函數位于A(yíng)DC采樣之前的信號鏈中的某個(gè)位置。
直流耦合： 在A(yíng)DC采樣之前，模擬域中不存在高通濾波器/傳遞函數，但是可以在A(yíng)DC之后實(shí)現數字高通濾波器。
有時(shí)，術(shù)語(yǔ)“交流耦合”與圖1所示電路有關(guān)，其中隔直電容位于信號鏈的最前端。雖然這當然是一種選擇，但它有一些弱點(diǎn)需要考慮。選擇的電阻將限制輸入阻抗，在高阻抗傳感器或干電極的情況下，這可能導致輸入信號衰減。每個(gè)輸入端都需要一個(gè)濾波器來(lái)保持電路的差分平衡，因此這些元件的容差會(huì )影響濾波器的匹配程度，并降低共模抑制與頻率的關(guān)系，這是由于共模到差分轉換。圖1中的曲線(xiàn)顯示，在最壞情況下，所有無(wú)源元件的容差失配為5%，50/60Hz時(shí)的CMRR已經(jīng)小于60dB，這是在考慮任何其他電極失配或儀表放大器（儀表放大器）性能之前。
圖 1 – 前端高通濾波器示例以及濾波器輸出端最壞情況下組件容差的相應 CMRR 與頻率的關(guān)系圖
現在，讓我們?yōu)g覽兩個(gè)示例信號鏈。在這兩種情況下，前端都將包括一個(gè)儀表放大器，利用高輸入阻抗、高CMRR和差分到單端轉換等特性。
交流耦合信號鏈
圖2顯示了一個(gè)交流耦合信號鏈示例，用于在存在大得多的直流偏移的情況下測量小的生物電勢信號。該直流失調和電源電壓的大小限制了儀表放大器的增益。然后，可以應用單端高通濾波器來(lái)抑制增益失調，從而為目標信號提供額外的增益級。還可以應用其他特定應用的低通濾波來(lái)消除高頻干擾源，例如EMG或50/60Hz。從噪聲角度來(lái)看，前端的增益越多，信號鏈中后續級的噪聲要求就越低。第二增益級的參考輸入（RTI）噪聲除以?xún)x表放大器的增益，ADC的RTI噪聲除以?xún)蓚€(gè)增益級。這允許使用較低分辨率和更低功耗的ADC。ADC采樣的最終信號主要是增益的生物電位信號，因為不需要的干擾源已被濾除。
圖 2 – 不同階段的交流耦合信號鏈和頻域信息示例
直流耦合信號鏈
圖3所示為直流耦合信號鏈的示例。直流失調限制了可應用的總系統增益，這意味著(zhù)需要更高分辨率的ADC來(lái)實(shí)現所需的噪聲性能。圖中未顯示的是ADC之前的抗混疊低通濾波器，其截止頻率高于前面的交流耦合示例。在這種情況下，目標生物電勢信號占ADC采樣總信號的百分比要小得多，可以在數字域中進(jìn)行進(jìn)一步的后處理和濾波。
圖 3 – 不同階段的直流耦合信號鏈和頻域信息示例
圖4中的表格總結了設計交流或直流耦合信號鏈時(shí)需要考慮的權衡。另外，請注意，此信號鏈討論適用于目標信號頻率高于干擾源的任何應用。例如，電磁流量計解決方案可以類(lèi)似于具有類(lèi)似性能要求的生物電勢測量。
圖4 –交流和直流耦合信號鏈匯總表
（作者：david.plourde）
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