基于FPGA的脑电信号采集系统设计与信号处理

"本文主要讨论了基于FPGA的脑电信号采集系统的软硬件设计，包括信号放大、滤波、隔离和采集等关键环节。" 在设计一个高质量的信号处理电路时，尤其是在涉及像脑电信号这样的微弱生物电信号时，需要深入理解信号的特性和处理流程。信号处理电路首先通过前级电路接收模拟信号，然后通过A/D转换器将这些模拟信号转化为数字信号。这一转换过程对于后续的数字信号处理至关重要，因为数字信号更容易进行精确的算法分析，例如滤波、陷波和信号分离。 脑电（EEG）是一种反映大脑活动的生物电信号，通常通过头皮上的电极获取。在采集过程中，脑电信号首先通过电极导联耦合至差动放大器，以放大微弱的信号。这个放大过程是信号处理的第一步，通常分为多级放大以确保信号达到足够的强度，同时保持信号质量。 在本文中，作者详细讨论了放大电路的设计和实现，包括对每级放大电路的增益分析和仿真验证。由于脑电信号容易受到噪声干扰，滤波成为必不可少的步骤。文中提到了高通、低通滤波以及陷波器的使用，以去除频率范围外的信号和特定干扰源，如50Hz的工频干扰。 此外，为了防止后级电路对前级信号造成影响，隔离技术被引入。光隔离电路用于前后级之间的电气隔离，确保信号传输的纯净。同时，针对可能出现的负极性信号，设计了箝位电路进行极性转换，以适应系统需求。 在信号采集部分，选择了合适的采集芯片并与FPGA（现场可编程门阵列）相连，FPGA在控制信号采集的同时，也能实现数字滤波器的功能，提供更高级别的信号处理能力。这使得处理后的数字信号可以进一步发送给其他电路或存储在计算机中，用于深度分析。 这个设计方案涵盖了从信号获取到信号处理的整个流程，强调了在处理微弱生物信号时需要注意的关键技术和设计考量，特别是对于脑电信号这种高灵敏度、易受干扰的信号类型。通过FPGA的使用，系统不仅能够实现高效的数据处理，还具有良好的可扩展性和灵活性，适用于各种复杂的信号分析任务。