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JP2869461B2 - 生体電気信号の測定を行なう信号整形回路装置 - Google Patents
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JP2869461B2 - 生体電気信号の測定を行なう信号整形回路装置 - Google Patents

生体電気信号の測定を行なう信号整形回路装置

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JP2869461B2
JP2869461B2 JP63500057A JP50005787A JP2869461B2 JP 2869461 B2 JP2869461 B2 JP 2869461B2 JP 63500057 A JP63500057 A JP 63500057A JP 50005787 A JP50005787 A JP 50005787A JP 2869461 B2 JP2869461 B2 JP 2869461B2
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signal
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internal impedance
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エスケリーネン.パーボ
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NORAKUSON YUU ESU EE Inc
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
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    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45479Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、出力と、その間に信号源を接続する反転
入力端子および非反転入力端子とを備えた差動増幅器か
ら成る信号整形回路装置に関するものである。 第1図は、たとえば、生体電気現象の測定に用いられ
る上記の種類の代表的差動増幅器を示す。入力端子Aお
よびB間の信号は、1基の増幅器Gの出力、すなわち増
幅出力y=Gs+cで増幅して得られる(式中、Gは増幅
係数であり、cは混信で起きる誤差因子を表わす)。こ
のフアクターの数値は、前記差動増幅器の入力端子で作
用する共通モード混信信号の振幅と、前記増幅器のOMRR
(共通モード阻止性能比)フアクターと、前記信号源の
インピーダンス(たとえば、皮膚の湿度)および、前記
入力端子と接地との間の抵抗間比、すなわち、それら数
値の相互の接近度に左右される。 実際問題として、前記増幅器の入力端子で作用する混
信信号は、大抵の場合不定であり、それによつて、所望
の信号のみならず、この混信の差分信号もまた前記増幅
器の出力でG倍に増幅される。これは、結果として、前
記出力信号yに強力な混信をもたらすことになり、この
場合Gは、典型的な例では100…1000を示す。 生物信号増幅器は、通常交流信号に用いられ、それに
より原則として、直列コンデンサを両入力端子に接続す
ることにより緩(混信)電位変化を減衰させることが可
能になる。しかし、これは入力端子のインピーダンス間
の整合を低下させることになり、また他方では、強い混
信が増幅器を、前記コンデンサの充電のため長時間容易
に非作動状態に追い込むことになろう。この理由のた
め、差動増幅器はほとんど例外なく直流接続されるが、
それにより、これら増幅器は外乱に対して非常にセンシ
テイブとなり、そのエネルギーを振動数スペクトル(た
とえば運動と突出)の下端で乱すことになる。急速周期
的外乱を減衰させる最も容易な方法は、正味混信振動数
(50Hz)を明らかに上廻る周辺度数を有する低域フィル
ター、たとえば前記入力端子に直接接続することであ
る。 共通モード混信の減衰は、差動増幅器(共通モード混
信)の入力端子に印加され、増幅されてマイナス180゜
逆相に位相変換された混信信号を、アース接続電極が接
続される端子に帰還接続する第2図に示された周知の方
法である程度(約10〜20db)改良できる。 しかし、第1図および第2図に説明された差動増幅器
に基いた従来の信号整形回路装置は、混信になり易い条
件で実施する測定、たとえば自由運動動作中に起きる筋
緊張(EMG信号)の分布の実時間測定には事実上不適当
である。 従ってこの発明の目的は、上述の目的に適した信号整
形回路装置を提供し、測定結果の解釈が混信信号によっ
て影響を受けることなく測定される振幅についての極め
て確実、かつ明確な情報を与えることである。 上記目的を達成するためにこの発明は、生体電気信号
の測定を行なう信号整形回路装置であって、出力端子
と、被測定生体による内部インピーダンスを持つ信号源
が接続されることになる反転入力端子および非反転入力
端子とを備えた差動増幅器と、前記差動増幅器の前記出
力端子と、前記差動増幅器の入力端子の一方との間に接
続され、前記信号源の内部インピーダンスの接続状態時
の該内部インピーダンスの変化で生じる干渉信号を減衰
する低減遮断周波数を有する積分帰還回路と、前記差動
増幅器の前記出力端子と、前記入力端子の他方との間に
接続され、前記信号源の内部インピーダンスの接続状態
時の該内部インピーダンスの変化で生じる干渉信号を減
衰する高域遮断周波数を有する微分帰還回路とを有し、
前記反転入力端子と前記非反転入力端子間に前記信号源
が接続されたとき、被測定生体による内部インピーダン
スが前記信号整形回路装置に対する帰還回路の一部を形
成することになる信号整形回路装置を特徴とするもので
あって、前記信号源が前記反転入力端子と前記非反転入
力端子間に接続されたとき、前記信号源の内部インピー
ダンスは、前記積分帰還回路と前記差動増幅器の一方の
入力端子との間に接続される第1の抵抗と、該第1の抵
抗と抵抗値が等しく、前記微分帰還回路と前記差動増幅
器の他方の入力端子との間に接続される第2の抵抗との
間に接続され、電圧分割回路を形成していることが好ま
しい。 このようにこの発明では上記した特性の帰還回路を用
いて、低振動または(および)高振動での混信の適応減
衰をもたらす適応差動増幅器を達成し、従つて、非常に
弱い生物信号でさえ、安定した実質的に混信のない測定
を可能にする。 この発明による信号整形回路装置を下記に、添付図面
を参照してさらに詳細に記述する。 第1図は、先行技術の通常差動増幅器の接続法を示
し、第2図は、先行技術の別の通常差動増幅器の接続法
を示し、第3図aは、この発明による第1の差動増幅器
の接続法を示し、第3図bは、この発明による第2の差
動増幅器の接続法を示し、第4図は、第3図aの接続法
の実施をさらに詳細に示し、第5図は、この発明による
第3の差動増幅器の接続法を示し、そして第6図は、第
5図に示されたこの発明の第3の実施例の接続法の実現
をさらに詳細に示す。 第3図aおよび第3図bは、この発明による適応差動
増幅器、特に、極めて弱い(1…100μV)生物信号の
安定して実質的に混信のない測定に適したもののブロツ
ク図を示す。第3図bおよび第3図bの増幅器におい
て、積分信号zは、出力信号yから計算されそれによつ
て得られた積分信号であり、入力信号Sの振幅と持続時
間に正比例する。第3図aの実施例において、前記積分
信号zを、−180゜(−1/τ∫ydt)の位相変換をして入
力端子Bに戻して作動させる。第3図bの実施態様にお
いて、積分信号(1/τ∫ydt)を0゜の位相変換をして
入力端子Aに戻し作動させる。 第4図は、第3図aのブロツク図の実施のさらに詳細
な回路図を示す。ここで、積分帰還1aを、演算増幅器OP
と、抵抗RおよびコンデンサCにより形成された通常逆
相積分器接続を用いて実施する。この点について、前記
抵抗Rを前記差動増幅器Gの出力に接続して、その出力
信号yを受信し、また抵抗Rの一方の端子を前記演算増
幅器OPの反転入力端子に接続し、その非反転入力端子を
接地する。前記コンデンサCを、前記反転入力端子と、
前記演算増幅器OPの出力端子との間の帰還構成成分とし
て配置する。演算増幅器の出力信号zを、抵抗Rgを通し
て、前記差動増幅器Gの非反転入力Bに加える。抵抗値
の等しい抵抗Rgを、差動増幅器の一方の入力Aと、アー
ス接続との間に接続する。積分時間定数(τ=RC)に適
切な数値を与えると、信号(混信)の変化率の範囲を設
定でき、それによつてこれら変化率より遅い信号が急速
に減衰し始める。換言すれば、混信が遅ければ遅いほ
ど、減衰の効果が増加する。これに反して、信号源のイ
ンピーダンスの増加は自動的に、減衰範囲の境界を高率
の信号変化の方に移動させる。逆もまた同じである。す
なわち、増幅器はこのような変化に順応する。前記入力
端子インピーダンスが、抵抗性を保持し、振幅をほぼ不
変に保持するので、この種の適応差動増幅器はまた、そ
の良好なCMRR特性を保持する。これは、前記演算増幅器
OPの出力インピーダンスが極めて小さく、そのため、前
記帰還ループが入力端子インピーダンスにおよぼす効果
が実際上意味のないものとなるという事実に基く。 入力信号源Sの内部インピーダンスが非常に小さい場
合、抵抗ROを信号源Sと直列に入力端子AとBの間に接
続が可能で、その場合の前記抵抗を、それが前記入力端
子の抵抗Rgと比較してかなり低いが、前記信号源Sの内
部インピーダンスと比較して明らかに高くなるよう選択
する。 上記の形式の適応差動増幅器応用の1つの重要な分野
は、自由運動動作中の筋緊張(EMG信号)分布の実時間
測定である。たとえば、物理的および復業治療と同様、
種々のスポーツの練習に、これら現象の登録が必要であ
る。従来、前述の運動学的現象のそれ以上の測定は不可
能であつた。 第5図は、この発明による前記適応差動増幅器の第3
実施例のブロツク図を示し、その中で、減衰特性が、信
号の変化率の増加とともに増大し、それにより、その演
算が第3図aに示された実施態様の鏡面映像となるよう
にする。この実施態様において、前記差動増幅器Gの出
力信号yの微分を、その積分の代りに形成し、その微分
をマイナス180゜(−τ゜dy/dt)の位相変換をして差動
増幅器Gの非反転入力端子Bに合計する。第3図bに示
された法則により、この微分帰還2aもまた差動増幅器の
出力と、その非反転入力Aとの間に接続でき、それによ
つて0゜の位相変換をもつことになる。 第5図に示されたこの発明の実施例の構造を第6図に
さらに詳細に示しており、そこでは、微分帰還回路2a
は、演算増幅器OPと、抵抗RおよびコンデンサCを用い
ると効果がある。前記コンデンサCの一方の端子を差動
増幅器Gの出力に接続し、その他方の端子を抵抗Rと演
算増幅器OPの反転入力端子との両方に接続する。前記演
算増幅器OPの非反転入力端子をアースに接続する。抵抗
Rを演算増幅器OPを横切つて接続して帰還抵抗を形成
し、それによつて、その一方の端子を演算増幅器に接続
する。この出力を、抵抗Rgを通して差動増幅器Gの非反
転入力端子Bに接続する。 この発明による適応差動増幅器を用いると、緩混信
(第3図aと第3図bの実施例)や急混信(第5図の実
施例)のいずれかの減衰あるいは第3図と第5図の実施
例を組合わせて緩、急変化両方の減衰を実施することが
可能である。 この発明は、単にいくつかの特定の実施例を用いて詳
細に説明してきたが、この発明に本質的である帰還回路
の構造が、微分であれ積分であれ、上述の最も単純なそ
の実現とは、相当に異なることがあると理解されてい
る。この発明による差動増幅器の帰還回路は、微分また
は積分を有効にする接続であればほとんどなんでも差し
支えない。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−162519(JP,A) 特開 昭49−58732(JP,A) 特開 昭60−233914(JP,A) 特開 昭60−103808(JP,A) 実開 昭59−88923(JP,U) 実開 昭55−150513(JP,U)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.生体電気信号の測定を行なう信号整形回路装置であ
    って、 出力端子と、被測定生体による内部インピーダンスを持
    つ信号源が接続されることになる反転入力端子および非
    反転入力端子とを備えた差動増幅器と、 前記差動増幅器の前記出力端子と、前記差動増幅器の入
    力端子の一方との間に接続され、前記信号源の内部イン
    ピーダンスの接続状態時の該内部インピーダンスの変化
    で生じる干渉信号を減衰する低減遮断周波数を有する積
    分帰還回路と、 前記差動増幅器の前記出力端子と、前記入力端子の他方
    との間に接続され、前記信号源の内部インピーダンスの
    接続状態時の該内部インピーダンスの変化で生じる干渉
    信号を減衰する高域遮断周波数を有する微分帰還回路と
    を有し、 前記反転入力端子と前記非反転入力端子間に前記信号源
    が接続されたとき、被測定生体による内部インピーダン
    スが前記信号整形回路装置に対する帰還回路の一部を形
    成することになることを特徴とする信号整形回路装置。 2.前記信号源が前記反転入力端子と前記非反転入力端
    子間に接続されたとき、前記信号源の内部インピーダン
    スは、前記積分帰還回路と前記差動増幅器の一方の入力
    端子との間に接続される第1の抵抗と、該第1の抵抗と
    抵抗値が等しく、前記微分帰還回路と前記差動増幅器の
    他方の入力端子との間に接続される第2の抵抗との間に
    接続され、電圧分割回路を形成することを特徴とする請
    求項1記載の信号整形回路装置。
JP63500057A 1986-11-28 1987-11-26 生体電気信号の測定を行なう信号整形回路装置 Expired - Lifetime JP2869461B2 (ja)

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FI864857 1986-11-28
FI864857A FI79635C (fi) 1986-11-28 1986-11-28 Signalomvandlare.

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JPH01501515A JPH01501515A (ja) 1989-05-25
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WO (1) WO1988004114A1 (ja)

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EP0332636A1 (en) 1989-09-20
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