CS244469B1

CS244469B1 - Connections for fast stabilization of the DC output component

Info

Publication number: CS244469B1
Application number: CS264784A
Authority: CS
Inventors: Vojtech Oskera
Original assignee: Vojtech Oskera
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1984-04-06
Publication date: 1986-07-17

Abstract

ŘeSení se týká zapojení pro rychiá ustálení stejnosměrná složky výstupního signálu v zesilovači s kapacitní vazbou mezi zdrojem eignálu a vstupem zesilovače, vhodného zejména v zesilovačích EKG signálu. Při kolísání etejnosmčrná složky ve vstupním signálu se tyto smány přenášejí až na výstup zesilovače, odkud je signál přes dclnofrekvenční propust .a nelineární zesilovač s prahovou necitlivostí veden na vstup obousměrného zdroje proudu, který má výstup připojen ke vstupu zesilovače eignálu. Překročl-li stejnosměrná ploška ve výstupním eignálu prahovou droven, začne výstupní proud obousměrného zdroje proudu nabíjet vstupní kapacitu tak, aby se urychlil přechodný jev na vstupu zesilovače eignálu a stejnosměrná složka ve výstupním signálu se rychle ustá lila na klidovou hodnotuThe solution concerns the connection for fast stabilization of the DC component of the output signal in an amplifier with capacitive coupling between the signal source and the amplifier input, suitable especially in ECG signal amplifiers. When the DC component in the input signal fluctuates, these changes are transmitted to the amplifier output, from where the signal is fed through a DC-pass filter and a nonlinear amplifier with threshold insensitivity to the input of a bidirectional current source, the output of which is connected to the input of the signal amplifier. If the DC slope in the output signal exceeds the threshold threshold, the output current of the bidirectional current source starts charging the input capacitance so as to accelerate the transient at the input of the signal amplifier and the DC component in the output signal quickly stabilizes to a resting value.

Description

(54) Zapojeni pro rychlé ustáleni stejnosměrné složky výstupního signálu(54) Wiring for fast stabilization of the DC component of the output signal

ŘeSení se týká zapojení pro rychiá ustálení stejnosměrná složky výstupního signálu v zesilovači s kapacitní vazbou mezi zdrojem eignálu a vstupem zesilovače, vhodného zejména v zesilovačích EKG signálu.The invention relates to a circuit for fast stabilization of the DC component of an output signal in an amplifier with a capacitive coupling between a signal source and an amplifier input, particularly suitable in ECG signal amplifiers.

Při kolísání etejnosmčrná složky ve vstupním signálu se tyto smány přenášejí až na výstup zesilovače, odkud je signál přes dclnofrekvenční propust .a nelineární zesilovač s prahovou necitlivostí veden na vstup obousměrného zdroje proudu, který má výstup připojen ke vstupu zesilovače eignálu. Překročl-li stejnosměrná ploška ve výstupním eignálu prahovou droven, začne výstupní proud obousměrného zdroje proudu nabíjet vstupní kapacitu tak, aby se urychlil přechodný jev na vstupu zesilovače eignálu a stejnosměrná složka ve výstupním signálu se rychle ustálila na klidovou hodnotu.In the case of fluctuations in the external component in the input signal, these shifts are transmitted to the amplifier output, where the signal is passed through the low-pass filter and the non-linear amplifier with a threshold insensitivity is input to the bidirectional current source input. If the DC spot in the output signal exceeds the threshold, the output current of the bidirectional power source starts to charge the input capacity to accelerate the transient effect at the input of the signal amplifier and the DC component in the output signal quickly stabilizes to a quiescent value.

Obr. 3Giant. 3

Vynález se týká zapojení pro rychlá ustálení stejnosměrné složky výstupního signálu v zesilovači s kapacitní vazhou mezi zdroje· signálu a vstupem zesilovače, vhodné zejména v zesilovačích EKG signálu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to circuitry for fast stabilization of the DC component of an output signal in an amplifier with a capacitive coupling between signal sources and an amplifier input, particularly useful in ECG signal amplifiers.

Zesilovací řetězec EKG signálu se dělí na dvě stejnosměrně zesilující části - předzesilovač signálu, mezi nimiž je zařazena kapacitní vazba. Pro diagnostické účely musí být časová konstanta vazebního členu velká nejméně 2 s.The amplification chain of the ECG signal is divided into two DC-amplifying parts - a signal preamplifier with capacitive coupling. For diagnostic purposes, the coupler time constant must be at least 2 s.

Stejnosměrná složka EKG signálu na výstupu předzesilovače velmi často kolísá 8 amplitudou mnohonásobně větší než je amplituda užitečného EKG signálu. I když frekvence kolísání stejnosměrné složky bude ležet pod mezní frekvencí vazebního členu, dostane se na vstup zesilovače přes vazební člen stále jeětě dost velké napětí, které uvede výstup zesilovače do limitace, resp. při zobrazování signálu na obrazovce nebo záznamu na zapisovači se se paprsek obrazovky /resp. pisátko zapisovače/ dostane mimo zobrazované pole.Very often, the DC component of the ECG signal at the preamplifier output varies by an amplitude many times greater than the amplitude of the useful ECG signal. Although the DC component oscillation frequency will be below the cut-off frequency of the coupler, the input of the amplifier through the coupler is still high enough to put the amplifier output into limitation, respectively. When displaying a signal on the screen or recording on a recorder, the screen beam / resp. writer / gets out of display field.

S ohledem na délku časové konstanty vazebního členu může tento nefunkční stav trvat jednotky až desítky sekund, zvláětě při skokové změně stejnosměrné složky /vyvolané např, pohybem pacienta/.Due to the length of the coupler time constant, this non-functional state can take up to tens of seconds, especially in the case of a step change in the DC component (induced eg by patient movement).

K potlačení tohoto nepříznivého jevu bývá k výstupu zesilovače signálu připojen přes dolnofrekvenční propust monostabilnl klopný obvod β prahovým obvodem na vstupu, jenž reaguje na absolutní hodnotu stejnosměrné složky napětí ve výstupním signálu /klidová hodnota stejnosměrné složky ve výstupním signálu je nulová/.To suppress this unfavorable phenomenon, a monostable flip-flop β threshold circuit on the input that responds to the absolute value of the DC component of the output signal (the zero value of the DC component in the output signal is zero) is connected to the signal amplifier output via a low-pass filter.

Překročí-li stejnosměrná složka výstupního signálu prahovou hodnotu dojde k překlopení monostabilního obvodu. Výstup monostabilního obvodu ovládá spínač, který je zapojen mezi vstup zesilovače a společný vodič /zem/ zesilovače.If the DC component of the output signal exceeds the threshold value, the monostable circuit is overturned. The monostable circuit output controls a switch that is connected between the amplifier input and the common wire / ground / amplifier.

Při vybuzení monostabilního obvodu spínač sepne a zkratuje vstup zesilovače se zemí, čímž sesniží časová konstanta vazebního členu na velikost řádově ms až us a urychli se tak ustalovánl přechodného jevu na vstupu zesilovače signálu.When the monostable circuit is energized, the switch closes and short-circuits the amplifier input to ground, reducing the coupler time constant to a magnitude of the order of ms to us, thereby speeding up the transient at the signal amplifier input.

Nevýhoda tohoto řeěení spočívá v tom, že spínač je sepnut po konstantní dobu danou monostabilnía obvodem bez ohledu na reakci výstupu zesilovače, přičemž po dobu sepnuti spínače je přenos signálu přerušen.The disadvantage of this solution is that the switch is closed for a constant time given by the monostable circuit irrespective of the response of the amplifier output, while the signal transmission is interrupted during the switch closed.

Důsledkem toho je několikeré opakované sepnutí spínače po dobu změny.stejnosměrné složky signálu na výstupu předzesilovače. Toto spínání se projeví jako několik napětových skoků ve výstupním signálu zesilovače, přičemž po dobu sepnutí spínače EKG signál chybí.As a result, the switch is switched on several times for the duration of the change. This switching is manifested as several voltage jumps in the output signal of the amplifier, while the signal is missing during the switching of the ECG switch.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojeni pro rychlé ustálení stejnosměrné složky výstupního signálu podle vynálezu, a to tak, že výstup zesilovače signálu je připojen k dolnofrekvenční propusti, jejíž výstup je spojen se vstupem nelineárního zesilovače s prahovou necitlivostí.These drawbacks eliminate the circuitry for quickly stabilizing the DC component of the output signal of the present invention, such that the output of the signal amplifier is connected to a low-pass filter, the output of which is coupled to the input of a nonlinear amplifier with a threshold insensitivity.

Výstup nelineárního zesilovače s prahovou necitlivostí je spojen se vstupem obousměrného zdroje proudu, jehož výstup je spojen stejně jako vazební kapacita se vstupem zesilovače signálu.The output of a non-linear threshold insensitive amplifier is coupled to the input of a bidirectional current source whose output is coupled to the signal amplifier input as well as the coupling capacity.

JJ

Výhodou tohoto zapojení je, že při zrychleném ustalovánl přechodného jevu na vstupu zesilovače signálu nedochází k přerušení přenosu signálu /zdroj proudu má vysokou výstupní impedanci, takže se nemění časová konstanta vazebního členu/ a nedochází k přerušení proporcionality v regulačním obvodu, takže ve výstupním signálu se neobjevují opakované napě tové skoky, charakteristické pro dosud používané zapojení.The advantage of this circuit is that the acceleration of the transient at the input of the signal amplifier does not interrupt the signal transmission / the current source has a high output impedance so that the coupler time constant does not change and the proportionality in the control circuit is not interrupted. they do not reveal repeated voltage jumps characteristic of the circuit used so far.

Na přiloženém výkresu je na obr. 1 znázorněn průběh výstupního signálu v dosud poulí244469 váném zapojení a na obr. 2 při použití zapojení podle vynálezu. Na obr. 3 je znázorněno jedno z konkrétních zapojení podle vynálezu.In the accompanying drawing, FIG. 1 shows the waveform of the output signal in a previously used connection and FIG. 2 using a connection according to the invention. FIG. 3 shows one particular embodiment of the invention.

Výstup zesilovače signálu X je připojen na vstup dolnofrekvenční propusti jejíž výstup je připojen na vstup nelineárního zesilovače s prahovou necitlivostí £, jehož výstup je připojen ke vstupu obousměrného zdroje proudu Výstup obousměrného zdroje proudu í je stejně jako vazební kapacita 1 připojen ke vstupu zesilovače signáluThe output of the signal amplifier X is connected to the low-pass filter input whose output is connected to the input of a non-linear amplifier with a threshold insensitivity,, the output of which is connected to the bidirectional current source input.

Zapojení podle vynálezu pracuje tak, že se vstupní signál přivádí přes vazební kapacitu X do vstupu zesilovače signálu i· Z výstupu zesilovače signálu i je výstupní signál veden do dolní propusti J, která odfiltruje vyšší harmonické složky signálu. Na jejím výstupů je pouze měnící se stejnosměrná složka výstupního signálu, která se dále přivádí na vstup nelineárního zesilovače s prahovou necitlivostí £.The circuit according to the invention operates by feeding the input signal through the coupling capacitance X to the input of the signal amplifier i. From the output of the signal amplifier i the output signal is routed to the low pass filter J, which filters out the higher harmonic components of the signal. At its outputs there is only a varying DC component of the output signal, which is further applied to the input of a non-linear amplifier with a threshold insensitivity δ.

Zesílení tohoto zesilovače je nulové, pokud napětí na jeho vstupu leží pod prahovou hodnotou. Napětí z výstupu nelineárního zesilovače £ je vedeno do vstupu obousměrného zdroje proudu X, jehož výstup je připojen ke vstupu zesilovače signálu £.The amplification of this amplifier is zero if the voltage at its input is below the threshold. The voltage from the output of the non-linear amplifier 6 is applied to the input of a bidirectional current source X, the output of which is connected to the input of the amplifier of the signal 8.

Obousměrný zdroj proudu 2 poskytuje na svém výstupu proud, jehož velikost je přímo úměrná velikosti napětí na jeho vstupu, přičemž smysl proudu je takový, že vytéká z vazební kapacity do zdroje v případě, že se stejnosměrná složka zdroje signálu /zdroj signálu není na obr. 3 zakreslen/ zvyšuje a vytéká ze zdroje do vazební kapacity, jestliže se stejnosmšrná složka napětí zdroje signálu snižuje.The bidirectional current source 2 provides at its output a current whose magnitude is proportional to the magnitude of the voltage at its input, the sense of the current being such that it flows from the coupling capacitance to the source when the DC component of the signal source / signal source is not shown in FIG. 3 is drawn / increased and flows from the source to the coupling capacity if the DC component of the signal source voltage decreases.

Označíme-li směr proudu z obousměrného zdroje proudu X ven znaménkem mínus, směr opačný znaménkem plus, potom uvedená správná funkce bude zajištěna, jestliže pro stejnosměrnou složku signálu bude znaménko přenosu zesilovače signálu X shodné se znaménkem součinu přenosů obvodů J, £, X ve zpětnovazební větvi.If we denote the direction of the current from the bidirectional current source X out with a minus sign, the direction opposite with a plus sign, then the correct function will be ensured if for the DC signal component the sign of the signal amplifier X is equal to the sign of branch.

Využiti zapojení podle vynálezu je vhodné zejména v oblasti lékařské elektroniky při snímání biopotenciálů z^živých organismů a všude tam, kde se při zesilování signálů objevuje rušivá kolísání stejnosměrná složky snímaného signálu s amplitudou mnohem vyěěí než je amplituda užitečného signálu.The use of the circuitry of the invention is particularly useful in the field of medical electronics in sensing biopotentials from living organisms and wherever interfering oscillations of the DC component of the sensed signal with amplitude are much higher than the useful signal amplitude.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Wiring for fast stabilization of the DC component of an output signal in a capacitive coupling amplifier, characterized in that a signal amplifier output (2) is connected to the low-pass input (3), and a low-pass output (3) is connected to the non-linear insensitive threshold input (4), the output of which is connected to the input of a bidirectional current source (5), the output of which is connected to the input of the signal amplifier (2), and the coupling capacity (1) is connected to the same input of the signal amplifier.