人体的神经信号直接表征着人体自我的意思，研讨神经信号为了解、辨认人体供给了一条途径。多年来。现在，研讨内容首要包含神经电极和神经信号调度电路两部分。神经电极能够将神经电信号从人体中提取出来，而神经信号调度电路则对神经信号进行去噪、扩大、辨认等处理。
神经信号和人体的其它生物信号有相同的一些特色，也有其独具的一些特征。依据神经生物学的研讨，神经信号一种形似脉冲的电信号，频率一般为1kHz左右，高的可达10kHz。例如一束操控肌肉的运动神经，当有激动电位信号到来时，肌肉纤维便发生缩短反响，缩短的力度依据神经激动频率的不同而有强弱的差异。因此，只要将脉冲电位进行辨认，处理成数字操控信号，即可进行假肢操控等一类详细的运用。
当然，神经信号的检测也有其困难的一面。人体的神经信号是归于强噪声搅扰下的低频弱小信号，因为其十分弱小，只要微伏级，一起搅扰又反常强壮，因此有用信号往往会被吞没。搅扰信号一般包含高频的电磁搅扰、50Hz工频搅扰和极化电压等。工频搅扰首要以共模信号的方式存在，一般幅值可达几伏至几十伏。而极化电压是因为丈量的电极和生物安排之间构成了化学半电池而发生的直流电压，一般为几十毫伏，最大可达300mV。别的，因为生物体的复杂性和特殊性，其等效的信号源输出阻抗一般很大，可有几十千欧，这也是必需求考虑的。依据上文对神经信号特色的描绘，规划了一款针对性强、功用优胜、安稳牢靠的神经信号调度电路。
1 电路体系结构及原理
依据神经信号的特性以及通用电极的特性，调度电路有必要具有一些必备的功用。首要，电路有必要具有很高的共模按捺比，比按捺工频搅扰以及其它丈量参数外的生理效果搅扰。假如电路的共模按捺比是120dB，则输入信号中共模信号的影响将削弱100万倍，1V的共模信号等效能1μV的差模信号。一起电路的输入阻抗也是一个很重要的参数。高输入阻抗能够有用地减小信号源高内阻的影响。上文中说到生物体的等效信号源的输出阻抗一般可有几十千欧，这就要求规划的电路的输入阻抗大于百兆欧。别的，因为各个电极触摸的人体安排不同，因此表现出不安稳的高内阻源性质，这会引起电极输入阻抗的不平衡，使共模搅扰向差模搅扰转化。进步扩大器的输入阻抗有利于减小这一转化的影响。一起，相关于幅值为微伏的神经信号而言，调度电路的低噪声、低漂移等目标也是极为重要的。本文提出的神经信号调度电路的结构如图1所示。电路体系共分为三部分：前置输入扩大电路、中间级信号处理电路和后续信号辨认传输电路。
2 电路规划
前期的生物信号电路多选用分立元件规划，跟着微电子技术的不断发展，呈现了许多高功用的集成化仪器扩大器，因为这类器材功用优异，避免了装置调试等作业，在生物医学仪器规划中受到了遍及的欢迎。本文的规划中充沛运用了这类器材。
2.1 前置输入扩大电路
前置级首要考虑噪声、输入阻抗和共模按捺比三项的影响。这儿规划的电路由三部分组成：输入缓冲、高频滤波和仪用扩大器。电路结构图如图2所示。
输入缓冲器因为选用了直接的电压负反馈规划，理论上输入阻抗为无穷大，有用地将人体与电路体系阻隔，去除了信号源内阻高且不安稳的影响。
由R1a、R1b、C1b、C2组成的低通滤波器网络可有用地去除高频电磁噪声的影响。电路的差模信号截止频率BWDDFF和共模信号到频率BWCM如式（1）、（2）所示，其间，R1a、R1b、C1a、C1b有必要准确持平，C2>10C1。一般来讲，仪用扩大器关于高于20kHz的信号现已没有了共模按捺才能，该网络的运用能够使仪用扩大器更有用地作业。
仪用扩大器因为其经典的三运放结构而具有较高的输入阻抗和共模按捺比，并且只需外接一个电阻即可设定增益，在生物信号处理范畴被广泛地运用。这儿选用的AD公司的AD8221是最新的一款类型，比通用的AD620在各方面的功用都要高一个数量级。别的因为极化电压的存在，为了避免电路的饱满，前置扩大电路的增益有必要在数十倍之内，不能过大。
2.2 中间级处理电路
中间级处理电路分为带通选频网络、二级扩大电路、50Hz陷波器和增益调度电路等。
带通选频网络由RC无源网络组成，简略牢靠，通带的最大规模设定为0.05Hz～10kHz。依据个别的差异，网络可由数字操控电路进行不同频带的组合来挑选，以契合最佳的信号状况。
二级扩大电路在结构上和增益调度电路相似，都是由运放接成电压负反馈的方式。前者进行信号的扩大，而后者操控全体电路的增益，最大可达120dB。其结构示意图如图3所示。这儿，运算扩大器选用OP27，并且运用电压串联负反馈结构。其长处是结构简略，具有如下不行代替的优胜的功用：（1）输入等效阻抗大，Ri=（1+AF）rid，输出等效阻抗小，Ro=ro/（1+AF），其间，rid为运放的输入阻抗，ro为输出阻抗。不只完结了信号的扩大效果，并且还起到了缓冲器的效果，有用地阻隔了前后级的模块，不必额定添加阻抗变换器和匹配模块；（2）%&&&&&%C的运用使整个模块具有了低通的功用，不只能够去除信号中的高频搅扰，还因为其超前补偿效果，对有用信号中的高频部分进行了相位补偿。通过合理的规划，电路频率段的相位将改变陡峭。上位提及的神经信号是一品种脉冲形状的信号，信号形状不发生明显的畸变，在对其进行时域处理时有着活跃的含义。
50Hz工频陷波器选用典型的有源双T陷波网络的计划，取Q=2.5，可有用去除信号中的工频搅扰。其结构示意图如图4所示。
2.3 信号辨认及光电耦合电路
神经信号是一品种脉冲的模仿电信号，将此信号传输到后续的数字电路前，需先将其规整成规范的方波信号。这由信号辨认电路来完结，该电路由一个滞回比较器构成。为了确保安全以及避免模仿和数字电路之间的搅扰，光电阻隔电路也是一个必不行少的模块。信号辨认及光电耦合电路如图5所示。
滞回比较电路是一种由运放构成信号正反馈的结构，抗搅扰才能强，阀值可由UR依据实际情况调整，电路的阀值由式（3）、（4）给出。别的，因为信号的有用频率可达10kHz，所以光电耦合器的速度是一项重要的目标，这儿选用6N137光电耦合器。
3 成果及评论
电路调试完结后，使用函数发生器发生规范的信号，对电路进行一系列的功用测验。由上文评论可知，神经信号是一品种脉冲的弱小模仿电信号，故电路的扩大功用和相移特性是测验的着重点。图6中（a）、（b）分别为信号扩大功用和相位偏移测验的成果。函数发生器发生500mV/1kHz的正弦规范信号，通过两次40dB衰减得到50μV/1kHz的测验输入信号，以此来测验扩大功用。由图可知，电路将信号有用地扩大了100dB。相位偏移测验由函数发生器发生的1kHz方波模仿神经信号进行。假如体系对信号各频段的相移明显不同，则十分简单引起信号形状的畸变，如要对信号进行时域处理，这是十分晦气的。从成果可得，除了信号中的高频重量不归于有用的频率段而被滤在外，信号全体的相移平稳，坚持了原有的形状，通过辨认规整后可在时域中完好注重。
由以上的评论可知，文中提出的电路有用地处理了神经信号调度的问题，电路体系地处理了神经信号调度的问题，电路体系有用牢靠。现在现已完结了可提取神经信号的植入式电极的研讨，使用文中的电路，将持续展开临床实验等研讨作业。
