血泪教训——ADI的推荐电路,千万别乱改

之前也因为修改官方推荐的电路吃,走了不少弯路。今天又看到一个“血泪”的分享,转过来,提醒各位使用 ADI 推荐电路做设计的盆友们,千万别乱改推荐电路啊,会吃大亏的!

原博主原文如下:

上一个产品开发是心电监测方面的,由于放大器是使用的ADI的一颗专用芯片,所以电路原理设计也基本是借鉴这个IC的推荐电路。其中发现的问题有一个就跟扫频有关,正好论坛里面有人问频率响应的事情,就借这个项目简单给大家介绍一下。

心电信号的获取,主要是放大,心电信号很弱,要放大一千倍左右。但是频率只有1~2Hz左右(每分钟60~120下),每个人差异不大,跳得过快过慢的不是在医院就是在去医院的路上;心跳信号幅度mv级,很微弱,所以对于监测电路抑制噪声的要求很高;另一个问题是心电信号幅度每个人有差异性,从0.1mV~5mV 之间都有可能,而且都是健康的人,这对电路的选择就有取舍,可能需要调节增益。

我当时只做了画板的工作,原理是另一组工程师设计,和数据手册推荐的有细微的不同,对此当时的我简单问了一句,他们回答是测试过的可以使用,所以我没仔细去测试,后面吃了大亏。简单了解到工频噪声很大,同时ADI的FAE也说有工频问题,于是我在电路后面加了一个简单的被动陷波电路,频率定在50Hz。这时候用到了个工具:Multisim软件。经过软件的模拟,陷波电路效果如下图,还是有些作用的。

但是实际测试过程中,发现仍然有很强的,大约0.5V左右的工频频段的干扰,这是一个挺神奇的事情,因为按照数据手册,ADI这个IC对噪声有很大的抑制,且锂电池供电的时候,怎么会有这么大的干扰,哪来的?难道陷波电路失效了么?

基于上述疑问,购置了一款十分便宜的国产信号发生器,虽然只有300块,但是功能强大,信号干净,其中扫频功能对于我们信号的分析十分有帮助。

扫频界面如下图:

该仪器有2个信道可以分别设置,通过定义起始频率、终止频率、扫描模式、扫描时间,该信道就会输出扫频信号如图(来源于网络),且周期性重复,所以叫扫频。

当1mV,0~100Hz的扫频信号输入,在示波器上可以获得周期性的频率响应波形。如在陷波电路前获取到的波形如下,可以看到在50Hz附近,信号非但没有衰减,反而飙升溢出。

经过陷波电路以后,无用的频段遭受了抑制。

说明问题出在IC电路这边,该IC有两级放大电路,第一级测试跟规格书描述基本一致。但第二级的频率响应和规格书出现了严重的偏差,如下图。

而经过仿真,发现电路设计上造成的微小改动造成了该影响,下面两幅图中左图是ADI原版电路仿真结果,右图是改动后的电路仿真结果,和实测数据基本一致。

既然找到了原因,那么就把电路改回ADI推荐电路应该就可以解决问题,试验一下果然如此。下两幅图中,左图是ADI推荐电路信号响应,右图是错误电路的信号响应。可以明显的看出,ADI的推荐电路并没有很高的工频噪声问题。用原版电路根本不用陷波电路的存在,

最后虽然找到了原因,但是过程是很曲折的,和别人有效沟通是一件很辛苦的事情;而且工欲善其事必先利其器,假如我没有通过软件仿真,没有这么方便的扫频的设备,是没办法很快捷的发现问题点的。那么得到什么教训?不要相信任何人!不要去改推荐电路!