Que fait ce circuit d'ampli op? (partie d'un ECG)

Je voudrais créer un circuit ECG basé sur ce schéma (à partir de la fiche technique AD620AN):

Je ne connais pas cette partie du circuit et comment cela fonctionne. Je sais que cela s'appelle un circuit entraîné par la jambe droite qui réduit l'effet du bruit. Mais je ne sais pas exactement comment fonctionne la rétroaction négative dans ce cas. Est-ce que quelqu'un peut m'aider?

Le conducteur de la jambe droite essaie de conduire la tension moyenne du corps pour éliminer le bruit. La jambe droite est choisie car elle est loin du cœur, donc tout signal injecté sera en mode commun à deux électrodes proches du cœur.

L'entraînement de la jambe droite est beaucoup plus étroitement couplé au corps que le bruit ambiant qu'il capte du couplage capacitif à des choses comme l'alimentation secteur dans la pièce.

Le réseau dans le chemin de rétroaction de l'ampli op du pilote de la jambe droite fournit un filtrage passe-bas du signal.

Ce circuit, et la nécessité de celui-ci, ont beaucoup plus de sens lorsque vous considérez des choses qui ne sont pas représentées. Tout d'abord, rappelez-vous qu'il est nécessaire d'établir une sorte de tension de référence sur le corps, de sorte que la tension aux électrodes de mesure ait une certaine référence par rapport au circuit.

Imaginez cette référence établie par une électrode de la jambe droite directement connectée à la masse du circuit. Si une connexion à impédance nulle au corps pouvait être établie de cette façon, nous aurions terminé et il ne serait pas nécessaire de connecter une jambe entraînée.

En effet, la connexion entre l'électrode de référence et le circuit peut être de kiloohms, ou de dizaines de kiloohms. Maintenant, en raison des tensions de mode commun qui circulent sur le corps et du fait que l'électrode de référence est connectée par des impédances élevées à la terre, il existe des courants parasites. (C'est moins un problème sur les électrodes de signal, qui entrent dans des impédances d'entrée très élevées, par opposition à la terre).

Le circuit Driven Leg utilise des techniques de rétroaction pour mesurer la tension de mode commun et la renvoyer à travers l'électrode de référence. Cela réduit efficacement l'impédance de la connexion à l'électrode de référence par un facteur du gain de la rétroaction.

J'attache la figure 1 de Winter, Bruce B. et John G. Webster. "Conception du circuit de la jambe droite conduite." IEEE Transactions on Biomedical Engineering 1 (1983): 62-66., Qui montrent les impédances des électrodes attirées, mais je recommande fortement de lire le document si vous pouvez l'obtenir, car il montre une dérivation très claire de la réduction effective de l'impédance.

J'ai vu cette solution de circuit étrange pour la première fois hier et elle a immédiatement attiré mon attention. De toute évidence, il y avait une idée intelligente de supprimer les signaux en mode commun. Comment était-ce?

Afin de saisir l'idée fondamentale, j'ai d'abord supprimé tous les détails mineurs qui empêchaient la compréhension et j'ai commencé à essayer de voir les blocs de construction et les principes familiers du circuit. J'ai simplifié et esquissé le schéma de circuit et me suis concentré sur la partie avec l'ampli op AD705 (А3):

Structure. J'ai vu deux tensions d'entrée asymétriques (VIN- et VIN +) entre les électrodes de signal et l'électrode de référence. Étonnamment, leurs "sources" d'entrée n'étaient pas mises à la terre ... mais connectées à la sortie de l'ampli op. Qu'est-ce que c'était que ça?!? Aha ... ils étaient connectés à une masse "en mouvement", ce qui a probablement permis de supprimer leurs variations simultanées (en mode commun).

Les tensions d'entrée ont été tamponnées par des étages d'amplification (A1 et A2) avec une impédance d'entrée élevée. En ce qui concerne les signaux en mode commun, ces étages ont agi comme suiveurs de tension . C'est pourquoi je n'ai pas tracé le réseau de trois résistances entre les sorties des amplificateurs d'entrée car il n'était important que pour le mode différentiel.

Mais à quoi servait le circuit à 2 résistances entre les sorties suiveuses? J'ai réalisé qu'un ampli op inversant l'été a été construit avec l'aide de Rf et A3.

Opération. Imaginez qu'au départ, les deux tensions d'entrée soient nulles. Ainsi, la tension de sortie de l'ampli opérationnel VREF (de la jambe droite) est également nulle.

Si les deux tensions d'entrée essaient d'augmenter (en raison d'une certaine tension de bruit en mode commun au-dessus de la masse réelle "inamovible"), la tension de sortie de l'ampli opérationnel diminue (approximativement) avec la tension de bruit en dessous de la masse réelle. Et puisque les "sources" de tension d'entrée sont connectées non pas à la masse réelle mais à la masse "mobile", leurs tensions diminuent avec la tension de bruit. Au sens figuré, la sortie de l'ampli op "abaisse" les tensions d'entrée avec l'amplitude de la tension de mode commun (la sortie de l'ampli op soustrait la tension équivalente de la tension de mode commun). Par conséquent, par rapport au sol réel, le signal en mode commun sera (presque) nul.

Donc, en ce qui concerne le mode commun, le circuit RDL étrange peut être pensé comme un été inverseur d'ampli-op avec des sources d'entrée "mises à la terre" à sa sortie au lieu de la vraie terre . En raison de cette "masse mobile", les signaux de mode commun sont supprimés.

Si nous combinons à la fois les tensions d'entrée et les résistances, nous pouvons considérer cet arrangement comme un amplificateur inverseur avec un gain de 200, dont la sortie est renvoyée par VIN ... c'est-à-dire qu'il y a deux rétroactions négatives - locales (mises en œuvre par Rf, R1 et R2) et global (par VCM).

J'ai joint les véritables schémas électriques esquissés au crayon et en caoutchouc hier pour illustrer de façon plus réaliste le cours de mes pensées qui m'ont conduit à cette explication. Bien sûr, je peux les décrire magnifiquement ... mais ils deviendront donc moins informatifs ...