¿Qué hace este circuito de amplificador operacional? (parte de un ECG)

Me gustaría crear un circuito de ECG basado en este esquema (de la hoja de datos AD620AN):

No conozco esta parte del circuito y cómo funciona. Sé que esto se llama un circuito impulsado por la pierna derecha que está reduciendo el efecto del ruido. Pero no sé exactamente cómo funciona la retroalimentación negativa en este caso. ¿Alguien me puede ayudar?

El conductor de la pierna derecha intenta manejar el voltaje promedio del cuerpo para cancelar el ruido. Se elige la pierna derecha porque está lejos del corazón, por lo que cualquier señal inyectada allí tendrá un modo común para dos electrodos cerca del corazón.

La transmisión de la pierna derecha está mucho más estrechamente acoplada al cuerpo que el ruido ambiental que capta del acoplamiento capacitivo a cosas como la alimentación de CA en la habitación.

La red en la ruta de retroalimentación del opamp del controlador de la pierna derecha proporciona un filtrado de paso bajo de la señal.

Este circuito, y la necesidad de él, tiene mucho más sentido cuando considera algunas cosas que no son representadas. Primero, recuerde que es necesario establecer algún tipo de voltaje de referencia en el cuerpo, de modo que el voltaje en los electrodos de medición tenga alguna referencia con respecto al circuito.

Imagine esta referencia establecida por un electrodo de pierna derecha directamente conectado a tierra del circuito. Si se pudiera hacer una conexión de impedancia cero con el cuerpo de esta manera, estaríamos listos, y no habría necesidad de una conexión de pierna impulsada.

De hecho, la conexión entre el electrodo de referencia y el circuito puede ser kiloohms, o decenas de kiloohms. Ahora, debido a los voltajes de modo común que circulan por el cuerpo, y al hecho de que el electrodo de referencia está conectado a través de impedancias altas a tierra, hay corrientes parásitas. (Esto es un problema menor en los electrodos de señal, que entran en impedancias de entrada muy altas, en lugar de tierra).

Lo que hace el circuito Driven Leg es utilizar técnicas de retroalimentación para medir el voltaje de modo común y realimentarlo a través del electrodo de referencia. Esto reduce efectivamente la impedancia de la conexión en el electrodo de referencia por un factor de ganancia de la retroalimentación.

Adjunto la Fig. 1 de Winter, Bruce B. y John G. Webster. "Diseño de circuito conducido con la pierna derecha". IEEE Transactions on Biomedical Engineering 1 (1983): 62-66., Que muestran las impedancias de los electrodos dibujadas, pero recomiendo leer el documento si puede obtenerlo, ya que muestra una derivación muy clara de la reducción efectiva de la impedancia.

Ayer vi por primera vez esta extraña solución de circuito e inmediatamente me llamó la atención. Obviamente había una idea inteligente de suprimir las señales de modo común. ¿Cómo fue?

Para comprender la idea fundamental, primero eliminé todos los detalles menores que obstaculizaban la comprensión y comencé a tratar de ver los componentes y principios básicos del circuito familiar. Simplifiqué y dibujé el diagrama del circuito y me concentré en la pieza con el amplificador operacional AD705 (А3):

Estructura.Vi dos voltajes de entrada de un solo extremo (VIN- y VIN +) entre los electrodos de señal y el electrodo de referencia. Sorprendentemente, sus "fuentes" de entrada no estaban conectadas a tierra ... sino conectadas a la salida del amplificador operacional. ¿¡¿Que demonios fue eso?!? Ajá ... estaban conectados a un terreno "en movimiento", lo que probablemente permitió que se suprimieran sus variaciones simultáneas (modo común).

Los voltajes de entrada fueron amortiguados por etapas de amplificación (A1 y A2) con alta impedancia de entrada. Con respecto a las señales de modo común, estas etapas actuaron como seguidores de voltaje . Es por eso que no dibujé la red de tres resistencias entre las salidas de los amplificadores de entrada porque era importante solo para el modo diferencial.

Pero, ¿para qué sirve el circuito de 2 resistencias entre las salidas del seguidor? Me di cuenta de que se construyó un verano inversor de amplificador operacional con la ayuda de Rf y A3.

Operación. Imagine que inicialmente ambos voltajes de entrada son cero. Por lo tanto, el voltaje de salida del amplificador operacional VREF (de la pata derecha) también es cero.

Si ambos voltajes de entrada intentan aumentar (debido a un voltaje de ruido de modo común por encima de la tierra real "inamovible"), el voltaje de salida del amplificador operacional disminuye (aproximadamente) con el voltaje de ruido por debajo de la tierra real. Y dado que las "fuentes" de voltaje de entrada no están conectadas a tierra real sino a tierra "móvil", sus voltajes bajan con el voltaje de ruido. Hablando en sentido figurado, la salida del amplificador operacional "reduce" los voltajes de entrada con la magnitud del voltaje del modo común (la salida del amplificador operacional resta el voltaje equivalente del voltaje del modo común). Como resultado, con respecto a la tierra real, la señal de modo común será (casi) cero.

Entonces, con respecto al modo común, el extraño circuito RDL puede pensarse como un verano inversor de amplificador operacional con fuentes de entrada "conectadas a tierra" a su salida en lugar de la verdadera tierra . Debido a esta "tierra móvil", se suprimen las señales de modo común.

Si combinamos ambos voltajes de entrada y resistencias en uno, podemos pensar en esta disposición como un amplificador inversor con ganancia de 200, cuya salida es realimentada por VIN ... es decir, hay dos retroalimentaciones negativas: local (implementado por Rf, R1 y R2) y global (por VCM).

Adjunté ayer los diagramas de circuito genuinos bosquejados con lápiz y goma para ilustrar de manera más realista el curso de mis pensamientos que me llevaron a esta explicación. Por supuesto, puedo delinearlas maravillosamente ... pero serán menos informativas ...