基于FPGA的脑电信号采集系统设计与滤波放大技术

本文主要探讨了基于FPGA的脑电信号采集系统的设计，涉及脑电基础知识、信号放大、滤波、隔离以及数字滤波器的实现。作者侯俊钦在安徽大学攻读计算机应用技术硕士学位，导师为吴小培。 在脑电信号的基础知识部分，文章介绍了脑电作为微弱生物电信号的性质，它是大脑神经活动的表征，通常通过头皮电极获取。信号先通过电极耦合至差动放大器进行放大，随后由专业设备记录以供分析。论文深入讨论了脑电波形的频率特征以及电极的安装和导联方式。 设计过程中，系统被划分为模拟和数字两个部分。模拟电路部分重点在于信号调理，针对脑电信号的微伏级特性，设计了三级放大电路，每级的放大方式和增益都有详细的计算和仿真验证。数字部分则以FPGA为核心，涵盖了信号采集、显示和与上位机的通信设计。 滤波是消除噪声的关键环节。论文详细阐述了采用高通、低通滤波器去除频率范围外的信号，以及使用陷波器去除50Hz工频干扰的过程。作者通过理论计算和仿真验证了滤波器的效果，并对整个放大滤波器的性能进行了实测分析。 考虑到前后级间的干扰，论文提到了隔离技术的应用，特别是使用反馈型光电隔离器实现信号传输的隔离，并处理可能的负极性信号。此外，还介绍了使用箝位电路进行极性转换的原理和仿真结果。 采集芯片的选择和FPGA的接口设计在论文的第六章中被讨论。FPGA用于控制数据采集，并实现了数字滤波器，以便对采集的数字信号进行进一步处理。这一章节详细解释了如何在FPGA上设计和实现数字滤波算法。 该硕士学位论文全面覆盖了脑电信号处理的各个环节，从信号获取、放大、滤波到隔离和数字处理，为理解脑电系统设计提供了深入的技术见解。