3 改善共模抑制的技术

在节 2 中，我们看到，由于信号路径中外部和内部元件的失配，CMR 性能会下降。不过，有许多不同的技术可以改善 CMR 性能。四种常见的技术是：

1. 法拉第屏蔽层

   法拉第屏蔽层用于覆盖 ECG 前端，可降低进入系统的电源干扰程度。它还能保护器件和元件免受环境干扰。

2. 隔离电容

   改善器件地与患者地之间的隔离有助于提高系统 CMR。对于大多数使用电池的便携式仪器而言，CMR 很可能非常高。然而，大多数用于测量 CMR 的典型测试方法都会规定系统必须通过所需 CMR 规格时的最小隔离电容 C_B。

3. 转换后处理

   在转换后，可以使用有限脉冲响应 (FIR) 自适应滤波器从输入中去除残余共模信号。在某些情况下，也会通过数字运算减去共模电压。此外，还可以在数字域中使用 50Hz 或 60Hz 频率的陷波滤波器。但是，必须非常谨慎地执行此类操作，以免真实信号因这类滤波而受到影响。必须确保相位信息不会因滤波操作而发生偏移。这里值得注意的是，大多数标准要求在测试系统 CMR 时关闭此后处理功能。

4. 通过电阻驱动共模电压

   采用该技术时，使用一个低阻值电阻 R_P 来驱动患者身体（见参考文献 1）。图 3-1 展示了该技术；它还展示了使用无源元件建立的电极和电缆模型。

图 3-1 使用 R_P 在患者身体上施加共模电压

直观地看，用于驱动电位的电阻与 Z_G 并联（参见 节 2），因此可实现更大的衰减。当用于驱动身体电位的电阻值减小时，整个系统的 CMR 会得到改善。当发生患者身体意外连接到系统地的故障时，该电阻也为电流从基准节点 V_REF 流经电阻 R_P 提供了通路。根据 IEC 标准（参考文献 2），建议单故障条件 电流最大为 50 μA。保护电阻 R_P 的阻值根据系统所用电源电压的值来选择。在 V_S = 5V 的系统中，所需电阻的最小值为 100kΩ；如果使用 3V 电源，则 60kΩ 的电阻可将单故障电流限制在安全电流范围内。

通过将保护电阻 R_P2 的一部分集成在运算放大器内部，可以进一步改善系统 CMR，如图 3-2 所示。保护电阻 R_P1 和 R_P2 之和等于电阻 R_P。在这种情况下，只有 R_P1 与 Z_G 并联，从而进一步衰减共模信号。但在单故障条件下，两个电阻都会限制故障电流。这一附加优势的代价是，由于电阻 R_P2 上的压降，运算放大器输出的摆幅会减小。不过，通常在正常工作条件下，该路径上的电流小于 1 μA，因此这一顾虑可以忽略不计。

图 3-2 使用大保护电阻器改善 CMR 的技术