0 引 言
大脑是人类思想活动的中枢，是承受外界信号，发生感觉，构成认识，进行逻辑思想，宣布指令，发生行为的指挥部。经过研讨脑电信号(EEG)能够了解脑活动的机制及人的认知进程，也是确诊脑疾患的重要手法。
现有的脑电信号收集体系绝大多数运用专用机器，运用、搬移、修理都很不方便。别的，抗搅扰能力差，必须在特定环境(屏蔽室)下进行监测，并且检测数据记载量小，不能完成长期、大容量的记载、剖析，此外造价贵重，收集到的脑电信号也不行精确，往往需求结合医师的经历做出确诊，故具有必定的主观性。本文规划了一种新的根据USB 2.0的脑电信号收集电路。
1脑电信号收集原理
剖析脑电信号，把握脑电信号的特征，关于规划出精确、有用的脑电信号收集电路至关重要。首要，能够从中挑选出带着最多信息量的信号;其次，能够针对特定的信号研讨出相应的信号处理算法。
1.1脑电波的特征及根本组成
脑电信号的特色首要有三个：频率首要会集在低频段100 Hz规模内;信号弱小，一般在50μV或更小;信号的源阻抗高，易于受外界信号搅扰。成年人的脑电信号起伏规模一般在10～50μV之间，频率规模在0.5～30 Hz之间。
1.2 脑电信号收集原理及办法
现在，关于脑电信号的丈量，在时刻的维度上，能够获得很高的解析率。但是，在空间的维度上，得到的分辨率却很低，这依赖于在头皮上安顿电极的数量。本体系运用16路电极提取脑电信号，采样频率为1 000 Hz。因为脑电信号的固有特性及环境要素使得脑电信号背景噪声比较杂乱，有50 Hz工频搅扰、心电伪迹、肌电搅扰、基线漂移、电极与皮肤的触摸噪声以及周围其他仪器的电磁搅扰等。因而，要求收集体系具有高输入阻抗、高共模按捺比、低噪声扩大，并能从强噪声中提取弱信号的高质量滤波办法等。
脑电信号通常是经过在头皮外表放置一些电极来收集的。常用的电极品种有银管电极、针电极和粘连电极等，本体系运用银管电极，以完成头皮与脑电丈量设备之间的衔接。为了加强连通性和导电性，在电极与皮肤之间涂一些生理盐水。电极的放置选用世界10-20体系电极放置法。
2脑电信号收集电路规划
脑电信号收集电路包含：脑电信号扩大、滤波、A/D转化及USB接口电路四部分，整体构成如图1所示。
2.1脑电信号的前置扩大电路规划
信号扩大检测电路是本体系一个非常重要的环节。它为后续数据收集和处理剖析做了硬件上的预备。本体系选用高精度仪用扩大器AD8221作为前置扩大电路，具有高输入阻抗、高共模按捺比、低噪声和抗搅扰能力强等特色。当电极和皮肤触摸时，能够发生几十毫伏的极化电位，所以前置扩大器的扩大倍数不能太大，避免形成电路的饱满。
2.2 凹凸通滤波器及二次扩大电路规划
凹凸通滤波首要有两个效果：
(1)去除脑电信号频率规模以外的无用信号，到达抗搅扰的效果;
(2)起到防混叠滤波的效果。为了不丢掉有用信号，规划了截止频率为120 Hz的低通滤波电路和截止频率为0.5 Hz的高通滤波电路。
低通滤波电路(见图2)运用AD8674芯片的U1A和UlB两部分组成巴特沃型二阶低通滤波器，担任把120 Hz以上的无用信号滤掉。高通滤波电路(见图3)由U1C组成巴特沃型高通滤波器，担任滤除0.5 Hz以下的搅扰信号。
二级扩大电路运用AD8674(A，B，D部)的U1C充任扩大器，因为当频率在120 Hz以下时，AD8674的共模按捺比CMRR高达110 dB以上。经过调整R11和R14的比值，确保二级扩大倍数为101倍。50 Hz工频搅扰一直是电路规划中头痛的问题，在脑电这种弱小生物电提取体系中尤为杰出。本文规划了由双T网络和运算扩大器构成的有源双T陷波电路来按捺50 Hz工频搅扰。
2.3 三级扩大及光电阻隔规划
第三级扩大电路(见图4)经过调整电阻器R19的阻值来确保经过第三级扩大后，10～50μF的弱小脑电信号将变为0～2.5 V。光电阻隔电路担任把信号的收集扩大部分(该部分运用电池供电)和后边的A/D转化部分(该部分运用沟通供电)阻隔开，以避免两部分信号之间彼此搅扰。
2.4模数转化及USB接口电路规划
体系选用CY7C68013-128AC芯片作为USB接口芯片，构成USB接口电路(如图5)。其间，A0～A18为地址线，一般的8位端口(D0～D7)和E口(D8～D15)组成16位数据线。
A/D转化电路(见图6)的采样精度为16位，采样频率为1 000 Hz。USB操控器经过CNVST#管脚(AD7675的35号引脚)操控AD7675对每路脑电信号进行转化，一起还经过查询BUSY管脚(AD7675的29号引脚)来获悉AD7675当时的状况。USB操控器还要呼应主机的恳求，把脑电数据及时、精确地传送给主机。为了进步转化的精确性，规划了采样坚持电路，担任把16路脑电信号一起锁存，然后逐个进行转化。
因为每秒发生32 KB(16×16×1 000)的脑电数据，因而为了确保有满意的空间暂时保存这些脑电数据，在CY7C68013芯片外扩大了一块SDRAM，容量为256K×16 b。
3 结语
脑电信号(EEG)是人体重要的生物电信号，现在关于脑电信号的收集与处理在某些疾病患者医治进程中的效果已得到医疗机构越来越广泛的注重。本文具体论说了USB 2.0接口脑电信号收集电路的规划进程。该体系完成了脑电数据的收集、高速传输和实时处理，有用处理了传统脑电数据收集体系速度慢，处理功用简略，数据存储量小，衔接杂乱等缺点，满意了实际需求。
