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这一阵感染的人比较多，需要监测体温决定是否吃药还是喝水硬抗。忽然想起来使用 NTC 电阻测体温。把想法贡献出来。做体温计的同行参考一下。 专门用于测量体温的 NTC 电阻在温度范围（ 34 ° C~42 ° C ）做了标定，如下表： 测量出来电阻值，就能转换出温度。如果使用单片机的 12 位 ADC 进行采集，需要将电阻值变化转换成电压变化值，所以可以使用分压电路，如下： 输出电压 Vo = VREF *(R1/(R1+RT1) 。 R1 选择多大电阻最好？可采取的原则是在温度范围内使 Vo 输出变化量最大。即 上式右边对 R 求导，可以得到： 令上式为 0 ，可以解得 ，由表中的数据可以取 E96 电阻为 27.4K Ω。由这个分压电阻，可以计算出得到的电压范围 0.44*VREF ~0.53*VREF 如果 Vref 取 3.3V 则这个电压范围（ 1.47V~1.74V ）电压差约为 0.27V 。对于 12 位的 ADC 可以变化 300 多个值。这个显然很不理想。 设计一个带偏置的放大电路，将这个电压变化扩展到接近电压轨的范围。 NTC 放在 R5 这个位置，可以使输出随温度单调增加。放大倍数为 15 倍结果如下： 可以将输出电压范围扩展到接近 ADC 电压轨范围。实际使用时，需要调整连接到放大器正端的偏置电压和增益，以确保输出电压在理想范围内。所有电阻至少需要使用 E96 1% 精度电阻。另外放大器应选择低 VOS 的高精度运放。比如 RS / TP / SGM 8551 这样的。（不过这个跟额温枪抢物料了）。 郑重申明，上述电路未实际做出样品测试，仅供参考。

SiC MOSFET 具有出色的开关特性，但由于其开关过程中电压和电流变化非常大，因此如Tech Web基础知识 SiC功率元器件“SiC MOSFET：桥式结构中栅极－源极间电压的动作-前言”中介绍的需要准确测量栅极和源极之间产生的浪涌。找元器件现货上唯样商城在这里，将为大家介绍在测量栅极和源极之间的电压时需要注意的事项。我们将以SiC MOSFET为例进行讲解，其实所讲解的内容也适用于一般的MOSFET和 IGBT 等各种功率元器件，尽情参考。 测量SiC MOSFET栅-源电压：一般测量方法 电源单元等产品中使用的功率开关器件大多都配有用来冷却的 散热器 ，在测量器件引脚间的电压时，通常是无法将电压探头等直接安装到器件引脚上的。因此，有时会将延 长电 缆焊接到器件的引脚上，并在产品外壳外部连接电压探头进行测量。 图1为在 ROHM 评估板 （P02SCT3040KR-EVK-001）上安装散热器并将电压探头与延长电缆连接进行测量时的示例。其中，将连接电压探头用的延长电缆（长约12cm）焊接到被测器件（DUT）的引脚上，并将延长电缆绞合以抑制辐射噪声的影响。使用这种测量方法，实施图2所示的桥式结构下的双脉冲测试，并观察波形。 在双脉冲测试电路的高边（HS）和低边（LS）安装ROHM的SiC MOSFET SCT3040KR，并使HS开关、LS始终OFF（栅极电压=0V）。图1所示的延长电缆已经直接焊接在HS的栅极引脚和源极引脚上。 图3为测量到的栅-源电压波形。当外置栅极 电阻 RG_EXT为10Ω时，延长电缆并没有太大的影响，但当将RG_EXT设置为3.3Ω并提高开关速度时，就会因电压和电压的变化而诱发噪声和电路的高频工作，导致测量到的波形发生了显著变化。在该示例中，受测量用的延长电缆的影响，测量仪器中显示的频段范围发生了变化，由于附加了额外的阻抗而导致观察到的波形与真正的原始波形完全不同。 图3. 安装延长电缆测量到的栅-源电压波形。与真正的原始波形完全不同。 需要注意的是，必须始终留意观察到的波形是否是真正的原始波形，或者观察到的波形是否由于某些影响因素而与原始波形不同。为此，不仅要知道如何进行准确的观察，还要知道影响观察的因素。 图4是该测量所用的电压 差分探头 的等效电路（*1、*2）。通常，电压探头的频率特性设置包括探头的头部。然而，如果在DUT的测量引脚上安装延长电缆的话，在观察几十ns的高速开关波形时，会在杂散电感LEXT和电压探头主体的输入 电容 C之间引发谐振现象，从而产生叠加在原始电压波形上的高频电压振铃，这可能会导致观察到的浪涌比实际的浪涌更大。 图4. 电压差分探头的等效电路 *1. 参考资料：“ABCs of Probes” Application Note（No. EA 60W-6053-14）Tektronix, 2016年1月；“WaveLink Medium Bandwidth（8-13GHz）Differential Probe” Operator’s Manual（924243-00） TE LEDYNE LECROY, 2014年5月 *2. 参考资料：“WaveLink Medium Bandwidth（8-13GHz） Differential Probe” Operator’s Manual（924243-00）TELEDYNE LECROY, 2014年5月

一，问题来源： 1 ，示波器采样率是 2.5GS/s(Gpoints/s), 示波器满屏显示为 10s ，存储深度 12.5MPoints ，测量信号脉冲波频率 100Khz, duty 1% ,Ton=100nS，波形 完全失真。 2 ，示波器采样率是 2.5GS/s, 示波器满屏显示为 10s ，存储深度 125MPoints ，测量信号脉冲波频率 100Khz, duty 1% ,Ton=100nS，波形部分 失真。 二，问题原因： 基础公式：存储深度 = 采样率 * 采样时间 示波器存储深度 12.5Mpoints(12.5MS), 实际采样率 =12.5Mpoints/10S=1.25Mpoints/s=1.25points/us 。 示波器存储深度最大 125Mpoints(125MS), 实际采样率 =125Mpoints/10S=12.5Mpoints/s=12.5points/us 。 测量信号脉冲波频率 100Khz, duty 1% ,Ton=100nS, 设 100nS 要抓 10 个点比较清晰，每个点间隔 10ns ， 10s/10ns=1Gpoints 存储深度才够。 参考资料： 示波器入门之采样率、存储深度_Dufre.WC的博客-CSDN博客_存储深度与采样率关系 下图的曲线充分揭示了采样率、存储深度、采样时间三者的关系及存储深度对示波器实际采样率的影响。比如，当时基选择 10us/div 档位时，整个示波器窗口的采样时间是 10us/div * 10 格 =100us ，在 1Mpts 的存储深度下，当前的实际采样率为： 1M ÷ 100us=10Gs/s ，如果存储深度只有 250K ，那当前的实际采样率就只有 2.5GS/s 了！

​ 转载--- 芯片之家 2021-08-31 12:15 示波器因为有探头的存在而扩展了示波器的应用范围，使得示波器可以在线测试和分析被测电子电路，如下图： ​ 图1示波器探头的作用 探头的选择和使用需要考虑如下两个方面： 其一：因为探头有负载效应，探头会直接影响被测信号和被测电路； 其二：探头是整个示波器测量系统的一部分，会直接影响仪器的信号保真度和测试结果 一、探头的负载效应 当探头探测到被测电路后，探头成为了被测电路的一部分。探头的负载效应包括下面3部分： 1. 阻性负载效应； 2. 容性负载效应； 3. 感性负载效应。 ​ 图2探头的负载效应 10倍被测源电阻，以维持小于10%的幅度误差。 ​ 图3探头的阻性负载 容性负载相当于在被测电路上并联了一个电容，对被测信号有滤波的作用，影响被测信号的上升下降时间，影响传输延迟，影响传输互连通道的带宽。有时，加上探头时，有故障的电路变得正常了，这个电容效应起到了关键的作用。一般推荐使用电容负载尽量小的探头，以减小对被测信号边沿的影响。 ​ 图4探头的容性负载 感性负载来源于探头地线的电感效应，这地线电感会与容性负载和阻性负载形成谐振，从而使显示的信号上出现振铃。如果显示的信号上出现明显的振铃，需要检查确认是被测信号的真实特征还是由于接地线引起的振铃，检查确认的方法是使用尽量短的接地线。一般推荐使用尽量短的地线，一般地线电感=1nH/mm。 ​ 图5探头的感性负载 二、探头的类型 示波器探头大的方面可以分为：无源探头和有源探头两大类。无源有源顾名思义就是需不需要给探头供电。 无源探头细分如下： 1. 低阻电阻分压探头； 2. 带补偿的高阻无源探头（最常用的无源探头）； 3. 高压探头 有源探头细分如下： 1. 单端有源探头； 2. 差分探头； 3. 电流探头 最常用的高阻无源探头和有源探头简单对比如下： 表1有源探头和无源探头对比 ​ 低阻电阻分压探头具备较低的电容负载（ 1.5GHz），较低的价格，但是电阻负载非常大，一般只有500ohm或1Kohm，所以只适合测试低源阻抗的电路，或只关注时间参数测试的电路。 ​ 图6低输入电阻探头结构 带补偿的高阻无源探头是最常用的无源探头，一般示波器标配的探头都是此类探头。带补偿的高阻无源探头具备较高的输入电阻（一般1Mohm以上），可调的补偿电容，以匹配示波器的输入，具备较高的动态范围，可以测试较大幅度的信号（几十幅以上），价格也较低。但是不知之处是输入电容过大（一般10pf以上），带宽较低（一般500MHz以内）。 ​ 图7常用的无源探头结构 带补偿的高阻无源探头有一个补偿电容，当接上示波器时，一般需要调整电容值（需要使用探头自带的小螺丝刀来调整，调整时把探头连接到示波器补偿输出测试位置），以与示波器输入电容匹配，以消除低频或高频增益。下图的左边是存在高频或低频增益，调整后的补偿信号显示波形如下图的右边所示。 ​ 图8无源探头的补偿 高压探头是带补偿的无源探头的基础上，增大输入电阻，使得衰减加大（如：100:1或1000:1等)。因为需要使用耐高压的元器件，所以高压探头一般物理尺寸较大。 ​ 图9高压探头的结构 三、有源探头 我们先来观察一下用600MHz无源探头和1.5GHz有源探头测试1ns上升时间阶跃信号的影响。使用脉冲发生器产生一个1ns的阶跃信号，通过测试夹具后，使用SMA电缆直接连接到一个1.5GHz带宽的示波器上，这样示波器上会显示一个波形（如下图中的兰色信号），把这个波形存为参考波形。然后使用探头点测测试夹具去探测被测信号，通过SMA直连的波形因为受探头负载的影响而变成黄色的波形，探头通道显示的是绿色的波形。然后分别测试上升时间，可以看出无源探头和有源探头对高速信号的影响。 ​ 图10无源探头和有源探头对被测信号和测量结果的影响 具体测试结果如下： 使用1165A 600MHz无源探头，使用鳄鱼嘴接地线：受探头负载的影响，上升时间变为：1.9ns；探头通道显示的波形存在振铃，上升时间为：1.85ns; 使用1156A 1.5GHz有源探头，使用5cm接地线：受探头负载的影响较小，上升时间仍为：1ns；探头通道显示的波形与原始信号一致，上升时间仍为：1ns。 单端有源探头结构图如下，使用放大器实现阻抗变换的目的。单端有源探头的输入阻抗较高（一般达100Kohm以上），而输入电容较小（一般小于1pf)，通过探头放大器后连接到示波器，示波器必须使用50ohm输入阻抗。有源探头带宽宽（现在可达30GHz），而负载小，但是价格相对较高（一般每根探头达到同样带宽示波器价格的10%左右)，动态范围较小（这个需要注意，因为超过探头动态范围的信号，不能正确测试。一般动态范围5V左右），比较脆弱，使用需小心。 ​ 图11有源探头结构 差分探头结构图如下，使用差分放大器实现阻抗变换的目的。差分探头的输入阻抗较高（一般达50Kohm以上），而输入电容较小（一般小于1pf)，通过差分探头放大器后连接到示波器，示波器必须使用50ohm 输入阻抗。差分探头带宽非常宽（现在可达30GHz），负载非常小，具有较高共模抑制比，但是价格相对较高（一般每根探头达到同样带宽示波器价格的10%左右)，动态范围也较小（这个需要注意，因为超过探头动态范围的信号，不能正确测试。一般动态范围3V左右），比较脆弱，使用需小心。 差分探头适合测试高速差分信号（测试时不用接地），适合放大器测试，电源测试，适合虚地测试等应用。 ​ 图12差分探头结构 电流探头也是有源探头，利用霍尔传感器和感应线圈实现直流和交流电流的测量。电流探头把电流信号转换成电压信号，示波器采集电压信号，再显示成电流信号。电流探头可以测试几十毫安到几百安培的电流，使用时需要引出电流线（电流探头是把导线夹在中间进行测试的，不会影响被测电路）。 电流探头在测试直流和低频交流时的工作原理： 当电流钳闭合，把一通有电流的导体围在中心时，相应地会出现一个磁场。这些磁场使霍尔传感器内的电子发生偏转，在霍尔传感器的输出产生一个电动势。电流探头根据这个电动势产生一个反向（补偿）电流送至电流探头的线圈，使电流钳中的磁场为零，以防止饱和。电流探头根据反向电流测得实际的电流值。用这个方法，能够非常线性的测量大电流，包括交直流混合的电流。 ​ 图13电流探头测试直流和低频时的工作原理 电流探头在测试高频时的工作原理： 随着被测电流频率的增加，霍尔效应逐渐减弱，当测量一个不含直流成分的高频交流电流时，大部分是通过磁场的强弱直接感应到电流探头的线圈。此时，探头就像一个电流变压器，电流探头直接测量的是感应电流，而不是补偿电流，功放的输出为线圈提供一个低阻抗的接地回路。 ​ 图14电流探头测试高频时的工作原理 电流探头在交叉区域时的工作原理： 当电流探头工作在20KHz的高低频交叉区域时，部分测量是通过霍尔传感器实现的，另一部分是通过线圈实现的。 ​ 图15电流探头交叉区域的工作原理 四、有源探头附件 现代的高带宽有源探头都采用分离式的设计方法，即：探头放大器与探头附件部分分开。这样设计的好处是： 1、支持更多的探头附件，使得探测更加的灵活； 2、保护投资，最贵的是探头放大器（一个探头放大器可以支持多种探测方式，以前需要几个探头来实现）；同时探头附件保护探头放大器（探头附件即使损坏，价格也相对便宜）； 3、这种设计方式容易实现高带宽。 ​ 图16探头附件 这些探头附件，主要包括以下几种： 1、点测探头附件（包括：单端点测和差分点测）； 2、焊接探头附件（包括：单端焊接和差分焊接，分离式的ZIF焊接）； 3、插孔探头附件； 4、差分SMA探头附件（示波器一般直接支持SMA连接，但是如果被测信号需要上拉如HDMI，则必须使用SMA探头附件）。 探头附件的电路结构如下图所示： 1、在探头附件尖端部分会有一对阻尼电阻（一般82ohm），这对阻尼电阻的作用是消除探头附件尖端部分的电感的谐振影响； 2、探头尖端部分的后面是25Kohm的电阻，这个电阻决定了探头的输入阻抗（直流输入阻抗即电阻：单端25Kohm，差分50Kohm），这个电阻使得被测信号传输到探头放大器部分的功率是非常小的，不至于对被测信号有较大影响。 3、25Kohm的电阻后面是同轴传输线部分，这个传输线负责把小信号传输到放大器。这个传输线的长度可以很长，也可以很短，中间可以加衰减器，也可以加耦合电容。 4、同轴传输线连接到放大器，放大器是50ohm匹配的（差分100ohm匹配）。 ​ 图17有源探头附件的结构 有源探头为了保持探头的精确度，需要工作在恒温状态，所以探头放大器不能放置到高低温箱里进行高低温环境下被测电路板的测试。从探头附件结构中可见中间的50ohm传输线的长短不影响探测，所以可以用很长的同轴电缆或扩展同轴电缆，让这个同轴电缆伸进高低温箱里进行高低温换进下被测电路板的测试。如下图是N5450A扩展电缆，使用N5381A焊接探头附件，可以工作在-55°到150°温度范围。 ​ 图18高低温探头结构原理 使用N5450A扩展电缆和N5381A探头附件，使用1169A 12GHz探头放大器，在-55°和150°环境下的频响曲线如下图所示，可见能够满足高速信号测试的要求。 ​ 图19高低温探头在高低温下的频响 五、探头及附件准确度验证 下图是一个例子：被测信号是一个频率456MHz，边沿时间约65ps的时钟信号，分别使用不同类型的探头和探头附件的测试结果。 A图是使用12GHz的1169A差分探头和N5381A 12GHz焊接探头附件的测试结果，几乎完全复现被测信号； B图是使用500MHz的无源探头的测试结果，显示的信号完全失真； C图是使用12GHz的1169A差分探头和较长的测试引线的测试结果，显示的信号出现很大的过冲； D图是使用4GHz的1158A单端探头和较长的测试引线的测试结果，显示的信号几乎是正弦波，失真较大。 ​ 图20不同探头附件测试结果对比 从图中可见探头和探头附件对测试精确度的影响是非常大的，是我们测试高速信号应该重点注意的内容之一。那我们应该如何验证探头和探头附件呢？ 验证探头和探头附件需要使用一台脉冲码型发生器（如:81134A，3.35GHz速率，60ps边沿的脉冲码型发生器），如果示波器自带高速信号输出功能，也可以使用示波器的这个辅助输出口代替脉冲码型发生器（如: Infiniium示波器的AUX OUT端口可以发一个高速时钟：456MHz频率，约65ps边沿）。另外，需要同轴电缆和测试夹具（Infiniium示波器配置的探头校准夹具可以作为探头和探头附件验证测试夹具）。测试夹具的外表是地(Ground)，里面走线是信号(Signal)，如下图所示。使用时，通过同轴电缆把一端接到脉冲码型发生器或示波器的辅助输出AUX OUT端口，另外一端通过适配器连接到示波器的通道1上。 ​ 图21探头验证夹具 然后把被验证的探头连接到通道2上，探头通过探头附件可以接触到测试夹具的信号和地（如果是差分探头，那么把+端连接到测试夹具的信号线，把-端连接到测试夹具的地上）。 1、如果探头不接触信号线，则屏幕上会出现一个原始波形，存为参考波形； 2、当用探头探测信号线时，通道1的波形会发生变化，这个变化后的波形就是被探头和探头附件影响后的被测信号； 3、这时，连接探头的通道2会出现一个波形，这个波形是探头测试到的波形； 4、通过对比参考波形，通道1的波形，和连接探头的通道2的波形，就可以直观的看出或通过测试参数读出三者的差别，可以验证探头和探头附件的影响。 ​ 图22探头验证连接和原理 下图是实际验证的一个例子，图A把示波器的AUX OUT通过同轴电缆连接到测试夹具，测试夹具的另一端通过SMA-PBNC适配器连接到示波器的一个通道上（此例连接到通道3），把探头连接到通道1上，此时调整屏幕上的波形，使得出现一个边沿阶跃波形，如图C所示，并把此波形存为参考波形。如图B把被验证探头和附件点测到测试夹具上，如图D所示，屏幕上出现3个波形，兰色的是参考波形，绿色的是受探头影响后的被测波形，黄色的是探头显示的波形，通过测试上升时间参数，过冲参数等，可确认探头和探头附件的性能。 ​ 图23探头验证实例 - END - ​

ECG/PPG量测解决方案 摘要 本应用文件介绍了心电图 (ECG) 与光电容积图 (PPG) 的基本工作原理，讨论了ECG与PPG生理信号的量测，以及提高可靠性、实现高精度电气特性的难点。一般高精准度的ECG与PPG架构都是采用模拟前端和ADC组合而成的解决方案。 1. 概述 心脏运作可以揭露人体许多极具价值的信息，包括其健康状态、生活方式，甚至是情绪状态及心脏疾病的早期发病等。传统的医疗设备中，监测心跳速率和心脏活动是经由测量电生理讯号与心电图 (ECG) 来完成的，需要将电极连接到身体来量测心脏组织中所引发电气活动的信号。此外，随着心跳会有一压力波通过血管进行传递，这个波会稍微改变血管的直径，除了ECG外的另一选择──光体积变化描记图法 (Photoplethysmography, PPG) 就是利用这个变化，是一种无需测量生物电信号就能获得心脏功能信息的光学技术。PPG主要用于测量血氧饱和度 (SpO2)，但也可不进行生物电信号测量就提供心脏功能信息。借助PPG技术，心率监护仪可集成到手表或护腕等可穿戴设备上，以达成连续侦测的应用。 2. 生理讯号：ECG vs. PPG与PTT 心电描记术 (Electrocardiography, ECG或者EKG) 是一种经胸腔以时间为单位记录心脏的电生理活动，利用在人体皮肤表面贴上的电极，可以侦测到心脏的电位传动，而心电图所记录的并不是单一心室或心房细胞的电位变化，而是心脏整体的电位变化。心电图的结果通常以波型显示，基本包括有P波、QRS波组、T波。P波代表的是心房收缩，QRS波组则是心室收缩，T波是心室舒张。有关心跳率的测量或评估，是以R波与R波的间隔时间来代表。RR间隔越大代表心跳率越低，RR间隔越小代表心跳率越高。测量ECG信号常常要在身体多个部位连接传感器电极，在胸部和四肢之间最多可以连接10个电极。 数据源：HEALTHY-AGEING 光体积变化描记图法 (Photoplethysmography，简称PPG) 是借光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法。当一定波长的光束照射到指端皮肤表面，每次心跳时，血管的收缩和扩张都会影响光的透射 (例如在透射PPG中，通过指尖的光线) 或是光的反射 (例如在反射PPG中，来自手腕表面附近的光线)。当光线透过皮肤组织然后再反射到光敏传感器时，光照会有一定的衰减。像肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织对光的吸收是基本不变的 (前提是测量部位没有大幅度的运动)，但是动脉会不同，由于动脉里有血液的脉动，那么对光的吸收自然也会有所变化。当我们把光转换成电信号时，正是由于动脉对光的吸收有变化而其他组织对光的吸收基本不变，得到的信号就可以分为直流DC信号和交流AC信号。提取其中的AC信号，就能反应出血液流动的特点。 下图是PPG信号和ECG信号的对比 根据PPG与ECG个别的生理特征点，我们可以发现ECG的峰值来自于心室的收缩，而PPG的峰值则是因为血管收缩所造成的，因此我们可以得到血液自心脏送出后到达量测部位的传输时间，也就是脉搏波传递时间Pulse Transit Time (PTT)，脉搏波传递的速度与血压是直接相关的，血压高时，脉搏波传递快，反之则慢，所以通过心电信号ECG与脉搏波信号PPG获得脉搏传递时间 (PTT)，再加上常规的一些身体参数 (如身高、体重) 即可得出脉搏波传递速度，通过建立的特征方程来估计人体脉搏的收缩压与舒张压，可实现无创连续血压测量。 3. 生理讯号处理的挑战 ECG量测的挑战 一般ECG电极需放置在心脏两侧并紧贴皮肤，可以用来记录心电信号随时间的变化。实际ECG信号的幅度只有几毫伏，频率不超过几百赫兹。ECG测量面临诸多挑战：一方面，来自ECG主电源的50Hz至60Hz电容耦合干扰要比心脏信号强许多；另一方面，身体皮肤的接触阻抗以及传感器之间阻抗的不匹配，这会导致较大的偏差并降低共模抑制能力；此外，还要解决接触噪声以及电磁源产生的干扰问题。此类应用中一些重要的放大器参数包括共模抑制、输入偏移电压和偏移电压漂移、输出摆幅以及放大器噪声，说明如下： 共模抑制 如前文所述，放置在患者皮肤上的电极可能有大约数百毫伏特的直流电压，而有用讯号的电压通常小于一毫伏特。仪表放大器配置非常适合这种情况，该放大器将消除任何与差分输入共模的讯号 (来自电极或任何共模噪声，如60Hz干扰)，同时放大有用的心电讯号。在这种情况下，考虑放大器电路的共模抑制参数是非常重要的，不仅针对直流讯号，还要考虑跨频率，尤其是线路频率为50Hz或60Hz时。具有高共模抑制比的放大器将消除更多不需要的噪声并实现更高精度的测量。 输入偏移电压和偏移电压漂移 由于有用电压相当小，放大器需要提供增益，以提高检测电路的分辨率。此应用需要高增益，因此放大器的偏移电压非常重要。放大器产生的任何偏移电压都将乘以电路增益，例如，假定心脏收缩在皮肤上的一个指定电极上产生1毫伏特电压，假定放大器电路的增益设置为1000，则放大器电路的理想输出为1伏特，但如果放大器的输入偏移电压为100微伏特时，则将在输出产生100毫伏特的误差 (占有用讯号的10%)。值得注意的是，放大器的输入偏移误差以输入为参考，因此，误差将与放大器的增益成比例。 与所有电子组件一样，放大器的特性会随时间和温度发生变化，其电压偏移也是如此。放大器电压偏移是误差的来源，随着偏移电压的漂移，此误差可能变得更大。然而，透过选择低漂移放大器 (如采用自动归零校准架构的放大器) 或者定期执行系统校准，藉此校正失调和漂移的运算放大器，可大幅度地减小此类误差源带来的影响。 放大器输出摆幅 在前面的示例中，电极上1毫伏特电压变化会在放大器电路的输出上产生1伏特的电压变化。对于5伏特单电源系统，这代表放大器电路可精确检测0 ~ 5毫伏特的电压，放大器需要输出可摆动到最低与最高的电源轨。相反地，如果放大器不支持轨对轨的输出摆动，则电压的动态范围会变小，就无法正确检测出完整的输入讯号，因而会限制检测电路的动态范围，无法做出精确的侦测。 放大器噪声 当评估此类应用的放大器时，另一个必须考虑的重要参数是放大器噪声。值得注意的是，放大器的噪声可能不会随频率保持恒定，尤其是在1/f噪声可成为主要噪声源的低频率下；在ECG应用中，有用的讯号带宽通常为直流到100Hz，因此1/f噪声仍是误差源之一。 PPG量测的挑战 测量PPG面临的主要挑战来自环境光和运动产生的干扰。阳光产生的直流误差相对而言比较容易消除，但日光灯和节能灯发出的光线都带有可引起交流误差的频率分量。运动也会干扰光学系统，当光学心率监护仪用于睡眠研究时，这可能不是问题，但如果在活动期间穿戴，则将很难消除运动伪像，光学传感器 (LED和光电检测器) 和皮肤之间的相对移动也会降低光信号的灵敏度。 此外，运动的频率分量也可能会被误判为心率，因此，必须测量该运动并进行补偿。设备与人体之间相贴越紧密，这种影响就越小，但采用机械方式消除这种影响几乎是不可能的。通常可使用多种方法来测量运动的干扰，其中一种是光学方法，即使用多个LED波长。共模信号表示运动，而差分信号用来检测心率。不过，最好是使用真正的运动传感器，该传感器不仅可准确测量应用于可穿戴设备的运动，而且还可用于提供其他功能，例如跟踪活动、计算步数或者在检测到特定g值时启动某个应用。 4. ECG量测电路 典型的ECG设备通常利用AFE进行信号放大、滤波，然后通过一个ADC进行数据采集。使用低分辨率 (16位) ADC时，信号需要被显著增益 (增幅通常为100 ~ 200倍) 以达到必要的分辨率。使用高分辨率 (24位) Σ-ΔADC时，信号仅需要4 ~ 5倍的适度增益。因此可以除去消除直流偏移所需的第二增益级和电路。这将实现面积与成本上的整体缩减。Σ - ΔADC方法还将保留信号的整个频率内容，并为数据后期处理提供充分的灵活性。 仪表放大器 (IA) 仪表放大器 (IA) 的主要任务是抑制共模信号 (通常是50Hz/60Hz干扰)，ECG应用需要90dB甚至更高的共模抑制比 (CMRR) 以抑制放大电路从电源耦合的50Hz/60Hz信号。即使采用具有高共模抑制比 (CMRR) 的IA，不同ECG电极的差异或者是皮肤接触阻抗之间的不匹配不仅产生偏移电压漂移，也会导致CMRR低于所期望的水平。阻抗的不匹配主要源于电极与皮肤的物理接触、排汗和肌肉运动等原因。随后要考虑的因素是IA的增益，设置IA增益时必须注意避免增益过大导致削波或饱和。IA的输入阻抗指标也很重要，因为ECG测量的是微弱信号。推荐选择具有高阻输入的IA，因为较低的输入阻抗会导致较大的信号衰减。 第二级放大 (PGA) 利用IA和滤波器消除噪声和干扰后，再进行第二级放大，提供额外的增益以达到ADC的输入量程。有些设计还添加了一个陷波滤波器，对50Hz/60Hz作进一步抑制。 低通/抗混迭滤波器 (Filter) 低通滤波器用来抑制高频干扰，同时也起到一个抗混迭滤波器 (Anti-aliasing Filter) 的作用，即阻止任何大于奈奎斯特或1/2采样频率的信号，避免产生ADC混迭。 为了进一步降低输入共模信号，ECG设计通常还引入一级「右腿驱动器」 (VRLD)，驱动反相共模信号返回人体。为了确保病人的安全，通常利用一个运算放大器和一个限流电阻以确保驱动到人体的是一个非常微弱的信号源。这个右腿驱动器可以降低ECG电极承载信号的噪声耦合。 5. PPG量测电路 PPG的量测电路包含：光发射驱动系统中的LED，以及测量光电二极管返回信号的电路。目标是通过消耗的一定LED电流量 (存在一定的电流传输比)，测量尽可能高的光电流。光电二极管的输入接收信号透过转导放大器 (TIA) 而放大、滤波，然后通过一个ADC进行数据采集。 环境光干扰是一个大问题，尤其是当存在调制光时，比如使用LED或节能灯的固态照明系统。为了获得良好的信号响应，要透过数字信号处理降低环境光干扰的影响，这是一个关键功能，能够非常有效地抑制外部光干扰。 来源：立锜科技电子报