人體內(nèi)有很多的生物電信號，如心電、肌電和腦電等，精確測量該類信號，使得醫(yī)生能夠正確掌握患者的病情，可以對癥下藥。該類信號主要具有如下特點：頻率低(一般幾百hz以下) 、幅值小、易受環(huán)境干擾。在測量此類信號時，如果受到干擾，就有可能得到錯誤的結(jié)果，進而導致醫(yī)生誤判病情，甚至造成嚴重的后果。因此，本文就如何消除干擾，提高測量的精準度，進行了一系列探索。
某種放大設備，可以對生物電信號進行放大，然后進行相關(guān)測量。為了驗證產(chǎn)品性能，進行如下試驗：在放大器的輸入端加一個已知的三角波信號，然后用示波器測試放大器的輸出, 這樣計算得到放大器對三角波的增益，最后就可以判斷該放大器的性能。測試儀器為r&s公司的rte示波器，帶寬為1ghz，每通道為5gsa/s的采樣率，每通道最大存儲深度為40m，可以滿足本次測試的應用。
由于輸入的三角波為已知信號，因此我們主要觀察放大器的輸出信號。測試環(huán)境中存在環(huán)境噪聲、工頻干擾以及電路固有噪聲的影響，本應該平滑的輸出波形上有明顯的毛刺（如圖1所示），毛刺的峰峰值最高會超過20mv，這對測試結(jié)果有較大的影響，這樣就無法正確評估該醫(yī)療放大器的性能了。如果按照這樣的結(jié)果來設置產(chǎn)品參數(shù)，醫(yī)生在使用該產(chǎn)品時就有可能誤判病人的病情。
圖1 原始波形
如何來消除噪聲的影響，提高測試的精準度呢？根據(jù)信號本身的特性，以及rte示波器的功能。我們進行如下探索：
1 選擇合適的帶寬
測試低頻信號時，示波器的帶寬太大，就會從環(huán)境中引入跟多的高頻噪聲。示波器為1g帶寬，對帶寬不加限制，直接測量該幾百赫茲的信號，會發(fā)現(xiàn)很多噪聲毛刺，見圖1。這樣可以考慮把示波器帶寬設為20mhz，再去測量波形上的毛刺明顯減少，見圖2。
圖2 限制帶寬測量信號
限制帶寬，相當于直接濾出高頻噪聲的干擾。如下示意圖所示：
2 選擇合適的波形去噪算法
rte具有各種波形去噪算法，并且單個通道可以顯示三種波形的功能。這樣我們在不限制示波器帶寬的情況下，可以選擇合適的波形算法，以減小高頻噪聲的干擾。分別選擇average算法和highres算法，進行測試：
2.1 average算法
通過對多次采集的波形的相同時刻采樣點進行平均計算，這樣可以有效降低高斯白噪聲的影響，減少毛刺，光滑波形，使得波形盡量接近真實。需要注意的是：該算法是對相同時間上的采集點（可認為是數(shù)據(jù)）進行平均計算，而不是對波形多次平均。其局限在于：僅在信號很相近且觸發(fā)位置連續(xù)穩(wěn)定時才能正常工作。示意圖如下所示：
利用該算法，測得如下波形（如圖3所示），噪聲明顯減小了
圖3 average模式
2.2 highres算法
當被測信號的波形符合一定特點時，可以采用分辨率增強模式來獲得更高的等效采樣率，這樣可以提高被測信號的準確度。其特點為：示波器按固定的時間間隔進行采樣：觸發(fā)一次后，示波器對電壓進行連續(xù)的等時間間隔采樣，然后根據(jù)采樣點重建信號波形。實時采樣模式用來捕獲非重復性或單次信號。在實時采樣模式下，可以設置采樣抽?。╠ecimation）模式減少樣本數(shù)。下圖所示為highres工作模式：
經(jīng)過該算法，測試結(jié)果同樣非常理想，如圖4所示：
圖4 highres模式
3 探頭的選擇
相較于無源探頭，有源差分探頭具備低寄生電容和高帶寬特性，并且最為關(guān)鍵的是，有源差分探頭具有高共模抑制比（cmrr），對共模噪聲的抑制能力比較強。用來測試此類信號，應該會有很好的結(jié)果。