基于FPGA的脑电信号采集系统设计与信号处理

"本文档主要介绍了基于FPGA的脑电信号采集系统的设计，涵盖了脑电基础知识、信号放大、滤波、隔离以及数据采集等关键环节。作者通过硕士论文的形式，详细阐述了脑电信号的特性、采集流程以及相关硬件芯片的选择与应用。" 文章详细讨论了脑电信号的特性和挑战，指出脑电信号具有不稳定性、非线性及随机性，且幅值微弱，通常在10 uV到100 pV之间，需要高共模抑制比和高输入阻抗的放大电路来有效提取。针对这些特点，作者介绍了BB公司的INAl21P芯片作为前置放大器，该芯片设计适用于生物电信号的放大，特别是脑电应用。 文中提到了脑电信号的获取过程，包括电极的放置、信号的放大和记录。设计采用了FPGA（Field-Programmable Gate Array）为核心，用于信号的采集、显示和与上位机的通信。在放大电路部分，设计了三级放大，确保信号满足采集需求，并通过仿真验证了设计的有效性。 为了减少干扰，论文详细讨论了滤波技术，包括高通、低通滤波以及针对50Hz工频干扰的陷波器。通过理论计算和仿真，确保滤波器设计能有效地净化信号。此外，还介绍了隔离技术，利用光隔电路防止后级对前级信号的干扰，以及箝位电路处理负极性信号。 在数据采集阶段，选择了适合的采集芯片，并详细描述了与FPGA的接口设计。FPGA不仅用于控制采集过程，还在其上实现了数字滤波器的设计，以进一步处理采集到的数字信号。 这篇硕士论文深入浅出地讲解了基于FPGA的脑电信号采集系统设计的关键技术，包括信号放大、滤波、隔离和数据采集，为脑机接口（BCI）和脑电研究提供了重要的硬件基础和设计参考。