基于FPGA的脑电信号采集系统设计：安全与干扰抑制

"本文档主要探讨了基于FPGA的脑电信号采集系统的设计，涉及脑电基础知识、放大滤波电路设计、信号隔离、采集芯片选择以及FPGA中的数字滤波器实现。作者为侯俊钦，专业方向为计算机应用技术，导师为吴小培。" 在设计脑电信号处理系统时，有几个关键因素需要考虑。首先，人身安全性至关重要，因为电极直接接触头皮，所以系统必须使用干电池供电以避免市电干扰，并且需要采用隔离电路确保电源之间无直接影响，以保护用户安全。其次，由于脑电信号极其微弱，易受噪声和干扰影响，设计时需特别注意减少干扰，例如使用高通和低通滤波器，以及陷波器来消除特定频率的噪声，如50Hz工频。 放大电路是脑电信号处理的关键环节，通常需要三级放大以将微伏级的信号提升到可采集的水平。每级放大器的增益计算和设计都需要精确执行，并通过仿真验证其性能。滤波器设计是另一个核心任务，它包括预滤波和陷波滤波，以剔除不需要的频率成分，提高信号质量。 在系统中，信号隔离是必要的，以防止后级电路对前级信号的干扰。这通常通过光隔电路实现，它能有效隔离前后级，同时提供反馈型光电隔离器的工作原理和调节方法。对于可能出现的负极性信号，设计中采用了箝位电路进行极性转换。 采集芯片的选择与FPGA的接口设计是系统硬件的重要部分，FPGA负责控制信号采集并处理数字信号。在FPGA内部实现数字滤波器，可以进一步增强信号处理能力，提供更精确的信号分析。 设计一个有效的脑电信号采集系统需要综合考虑生物医学工程、电子电路设计、信号处理和嵌入式系统等多个领域的知识，以确保系统的安全、稳定和高效。这个系统对于脑机接口(BCI)研究、神经系统疾病诊断和治疗等领域具有重要意义。