第二章生物信息测量中的噪声和干扰报告.ppt

* * § 2.1 人体电子测量中的电磁干扰——III 合理接地与屏蔽 （4）屏蔽设计 § 2.1 人体电子测量中的电磁干扰——III 合理接地与屏蔽 （4）屏蔽设计 几乎所有生物放大器的前置级都加装屏蔽，这在减小干扰有十分明显的效果。屏蔽罩接地的原则是确保屏蔽罩的电位与放大器输入回路的地电位相等。 § 2.1 人体电子测量中的电磁干扰——III 合理接地与屏蔽 （5）其他抑制干扰的措施 a、隔离 用隔离的方法使两部分电路互相独立，不成回路，从而切断从一个电路进入另一个电路的干扰的通路。 通常在生物信号测量中，电源采用浮地，信号采用光电耦合或变压器耦合实现隔离。 § 2.1 人体电子测量中的电磁干扰——III 合理接地与屏蔽 （5）其他抑制干扰的措施 b、去耦 为了去除电源线中的干扰经传导耦合进入测量系统，可用RC或RL滤波环节消除直流电源因负载变化引起的干扰。 § 2.1 人体电子测量中的电磁干扰——III 合理接地与屏蔽 （5）其他抑制干扰的措施 d、系统内部干扰的抑制 医学设备内部的各种继电器、接触器、电动机等有接点的器件和设备开启和闭合，产生瞬时击穿，造成高频辐射和引起电源电压、电流的冲击，这种干扰的抑制是电磁兼容性的一个重要任务。 c、滤波 通常采用专用的电源滤波器，在安装时要确保滤波器外壳接地良好，并且使输入输出严格隔离以防止输入输出之间的耦合。 § 2.1 人体电子测量中的电磁干扰——III 合理接地与屏蔽 （5）其他抑制干扰的措施 d、系统内部干扰的抑制 § 2.1 人体电子测量中的电磁干扰——III 合理接地与屏蔽 （5）其他抑制干扰的措施 d、系统内部干扰的抑制 § 2.2 电磁干扰与系统噪声 噪声——测量系统内部由器件、材料、部件的物理因素产生的固有的自然扰动称为噪声（电压或电流）。 系统内部噪声往往成为测量精度的限制性因素。 测试系统的噪声不可能完全被消除，但是通过对噪声过程的分析，进行合理的低噪声设计，可以使噪声降到最低限度，从而使信号在传输过程中保持较高的质量。 § 2.2 电磁干扰与系统噪声 噪声电压或电流是随机的，服从于一定的统计规律。 噪声的基本特性可以用统计平均量来描述： 均方值——噪声的强度 概率密度——噪声在幅度域里的分布密度 功率谱密度——噪声在频域里的特性 § 2.2 电磁干扰与系统噪声 噪声可以用功率谱表示它的频域特性。噪声电压或电流的均方值是它在1Ω电阻上产生的平均功率P，即 式中，S(f)为功率谱密度，它表示单位频带内噪声功率随频率的变化。 白噪声：噪声具有恒定的功率谱密度，即S(f)为一常数。 有色噪声：S(f)不为常数。 功率谱密度单位：w/Hz § 2.2 电磁干扰与系统噪声 生物医学测量系统中，主要的噪声类型是： 1/f噪声（闪烁噪声） 热噪声 散粒噪声 § 2.2 电磁干扰与系统噪声 1/f噪声（闪烁噪声） 1/f噪声（闪烁噪声）当取α=1时，1/f噪声的功率谱密度S(f)可表示为 K为f等于1Hz时的谱密度值，是由具体器件决定的常数 § 2.2 电磁干扰与系统噪声 热噪声 热噪声是由导体中载流子的随即热运动引起的。电阻R中的热噪声电压均方值为 式中，k为波尔兹曼常数，1.38×10-23J/K，T为绝对温度，Δf为测量系统的频带宽度。 热噪声的谱密度S(f)为 可见，热噪声的功率谱密度与工作频率f无关，属于白噪声 § 2.2 电磁干扰与系统噪声 描述放大器噪声性能的参数 对测量系统的噪声性能的要求，主要集中在信号提取放大部分。提取放大的信号的质量，用信号幅度与噪声均方根值得比-----信噪比(SNR)来描述 § 2.2 电磁干扰与系统噪声 描述放大器噪声性能的参数 噪声系数F的定义为 Ni为源电阻的噪声功率，Si/So为放大器功率增益的倒数。 P49:例题2-2，2-3 § 2.2 电磁干扰与系统噪声 电阻的噪声 电阻元件R可以等效成一个无噪声的电阻R和一个噪声电压源 相串联，或无噪声电阻R和噪声电流源 相并联。如图2-32所示，pp51 电容的噪声 电阻电容器实际存在介质损耗，机电容器的漏电，相当于理想电容器两端并联一个电阻Rp。电容器的质量通常用损耗角δ表示: 漏电小的电容器Rp很大、 δ很小。 § 2.2 电磁干扰与系统噪声 场效应管的噪声（三种） 沟道热噪声 用与沟道并联的噪声电流源表示为 用与沟道串联的噪声电压源表示为 式中，gm为场效应管的跨导 § 2.2 电磁干扰与系统噪声 场效应管的噪声（三种） 栅极散