FPGA驱动的脑电信号采集系统设计与信号处理优化

本研究论文《基于FPGA的脑电信号采集系统的设计》是由安徽大学的侯俊钦同学撰写的一篇硕士学位论文，专注于计算机应用技术领域的研究。该论文围绕脑电信号的处理，特别是如何利用现场可编程门阵列（FPGA）进行软硬件设计，以实现高效、精确的脑电信号采集、放大、显示、记录以及分析。 论文首先介绍了脑电的基本概念，包括它是大脑神经细胞活动的反映，通常通过头皮电极获取并经过放大处理。作者详细描述了电极的安装方法和导联方式，强调了脑电信号的微弱特性及其可能面临的干扰问题。 第二章是设计策略的探讨，将整个系统划分为模拟电路和数字电路两大部分。模拟电路部分着重于信号调理，特别是如何利用FPGA进行信号的采集、显示，以及与上位机的通信。FPGA在这里扮演了核心角色，通过其灵活性和并行处理能力优化了信号处理流程。 第三章深入讨论了放大电路的设计，由于脑电信号微弱，所以需要进行多级放大以达到足够的动态范围。作者对每级放大器的电路结构、增益计算以及设计验证进行了详尽阐述。 第四章聚焦于滤波技术，对脑电信号进行噪声抑制，包括使用高通和低通滤波器去除非感兴趣的频率成分，以及采用陷波器消除50Hz工频干扰。设计过程不仅包含理论计算，还通过仿真验证了滤波效果。 第五章关注信号隔离，防止后级电路对前级信号的干扰。作者采用了光隔离电路和钳位电路，确保信号的纯净度，并详细解释了光电隔离器的工作原理和调节方法。 第六章讨论了采集电路的选择，包括如何将信号接入FPGA，以及如何通过FPGA进行实时控制。采集到的数字信号随后会进一步处理，进入后续环节。 第七章则深入到FPGA的应用，讲述如何在该平台上设计和实现数字滤波器，以进一步净化和优化采集到的数据。这显示了FPGA在信号处理链中的关键作用，它不仅用于基础的信号采集，还能提供高级的信号处理功能。 《基于FPGA的脑电信号采集系统的设计》这篇论文深入剖析了脑电信号处理的关键步骤和技术，特别是在硬件设计方面，展示了FPGA的强大功能，对于理解和改进脑电信号的实时监测和分析具有重要意义。