２ Ａｂｄｕｌａｚｉｚ Ａｙｄｉｎ， Ｓａｍｉ Ａｒｉｃａ， Ｆｉｒａｔ Ｉｎｃｅ． Ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ Ｌｏｗ－ ｃｏｓｔＢｉｏｓ－ ｉｇｎａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｒ ＥＣＧ ａｎｄ ＥＥＧ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｉｏｍｅｄｉｃｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄａｙｓ， ２００４
本文所介绍的新型脑电信号采集系统充分利用了近年来 发展迅猛的半导体技术和通用串行总线（ＵＳＢ）技术，能够对人 体脑电信号进行精确采集；同时，嵌入式操作系统的引入保证 了系统的稳定性和实时性，为脑部疾病诊断和新时代的家庭 保健提供了有力的技术支持，具有非常重要的应用价值和良 好的市场前景。
参考文献
１ 罗建，崔亮，卫娜．脑电信号采集与处理系统的研制．医疗卫生装备， ２０００（６）：２１
５６Ｍｂｐｓ，最大限度地满足了ＵＳＢ２．０的带宽。
（２）通过数据压缩存储到ＣＦ卡上。ＣＦ卡有３ 种工作模式可
供选择，它们分别是Ｉ／Ｏ模式、存储器模式和ＩＤＥ模式。ＣＦ卡的
默认模式是存储器模式，使用也最为普遍。如果使用存储器模
式就不需要配置任何寄存器。每１种模式的电路连接都不同。
在Ｉ／Ｏ模式和存储器模式下，可以采用８位或１６ 位的访问方式。
扰，当低通滤波器的截止频率高于５０Ｈｚ时，应采用陷波器来去
除５０Ｈｚ及其周边频段的干扰［２］。
由于被测者本身因素或受外界的影响，测量过程中脑
电信号的强度并不稳定。为了能使放大后的信号幅值与模
数 转 换 器 （ＡＤＣ）的 量 程 相 符 合 ，放 大 电 路 的 放 大 倍 数 应 具
有可调性，它可以通过以下电路来实现。其中４０５２是二通道
脑电信号要比心电信号弱近１ ０００倍左右，幅值约为５～ ２００μＶ，频率约为０．５～２００Ｈｚ。众所周知，微弱信号容易受到外 界的干扰，因此，脑电信号采集要求具有高输入阻抗、高共模 抑制比（ＣＭＲＲ）及低噪声等特性。
如图１所示，由电极传感器检测到的脑电信号，经输入保 护电路做电压限幅后，先由前置放大器进行放大，并通过滤 波、５０Ｈｚ 陷波器消除工频干扰，再进行光电隔离和后级放大。 信号进行Ａ／Ｄ 转换后经ＵＳＢ 接口传输到监控计算机或经过数 据压缩存储到ＣＦ卡上。
计 算 出 根 目 录 占 用 的 扇 区 数 、根 目 录 第 １ 个 扇 区 地 址 、数 据 区第一个扇区地址、数据区所占用的扇区数等，为文件的创 建和存取数据做准备。
采样到的８导脑电信号经过处理后就可以在ＣＦ卡中存储 了。由于ＣＦ卡的每次存储至少要有１个扇区（５１２ｋＢ）的数据，本 系统中用了１个３２ｋＢ的ＲＡＭ作为采样数据的临时存储区。当 ＲＡＭ中的数据达到２５ｋＢ以上时，一次性把ＲＡＭ中的数据写入 到ＣＦ卡中［５］。 ２．３ 系统软件设计
图２ 放大倍数调节电路
用。考虑到信号的性 质，选用八位八通道
ＡＤＣ０８０９芯片作为输入信号的Ａ／Ｄ转换芯片，与其它外围元件
组成本系统电路，原理如图３所示。其输入电压范围为０～５Ｖ，最
高采样频率为１０ｋＨｚ［４］。
２．２．３ 数据存储
（１）通 过 ＵＳＢ接
口传输到监控计算
机。ＵＳＢ设备的硬件
采 用 Ｃｙｐｒｅｓｓ 公 司
中图分类号：ＴＰ３９１；ＴＨ７７２＋．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－ ８８６８（２００６）０６－ ０００７－ ０２
Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ ｎ ｅ ｗ ｍ ｕ ｌｔ ｉ－ ｃｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ＥＥＧ ｓ ｉｇ ｎ ａ ｌ ａ ｃｑ ｕ ｉｓ ｉｔ ｉｏ ｎ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ
ＸＵ Ｄｏｎｇ－ ｊｕｎ， ＨＥ Ｗｅｉ－ ｘｉｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｈｕａ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ， Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ２１２０１３， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ Ａ ｎｅｗ ｍｕｌｔｉ － ｃｈａｎｎｅｌ ＥＥＧ ｓｉｇｎａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ， ｗｈｉｃｈ ａｄｏｐｔｓ Ｃｙｐｒｅｓｓ＇ｓ ＥＺ－ ＵＳＢ ＦＸ２ ｓｅｒｉｅｓ ＵＳＢ ａｓ ｉｔｓ ｍｉｃｒｏ－ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ， ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｍｐｌｏｙｓ ＡＤ６２０ ａｎｄ ＯＰ０７ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｅ － ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｓｔａｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｗｏ ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｓｔａｇｅｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉｅｓ Ｂｕｓ （ＵＳＢ） ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ ｔｉｍｅ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ， ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ ａｎｄ ｔｅｌｅ － ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ＥＥＧ ｓｉｇｎａｌ， ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ｓｔｏｒｅｄ ｉｎ ＣＦ ｃａｒｄ ａｆｔｅｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ＵＳＢ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｏｏｌ ｉｓ ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ ＥＥＧ ｓｉｇｎａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ； ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ； ＵＳＢ
正常成人脑电信号的主要节律波即 基本波的频率多数属于α波范围，即为８～
作者简介：徐栋君，硕士；和卫星，博士，副教 授，主要从事生物医学工程领域的研究工作。
１３Ｈｚ。一般混有少量（１５％以下）低幅１４～３０Ｈｚ β波和４～７Ｈｚ θ 波，有６％正常人显示以β波为基本节律的脑电信号。
图１ 系统结构框图 异常脑电信号有棘波（１６～５０Ｈｚ），锐波（５～１２Ｈｚ），棘慢波 综 合 （２ ～６Ｈｚ），阵 发 性 节 律 波 （３ ～３０Ｈｚ）等 ，频 率 一 般 不 超 过 ５０Ｈｚ，所以，采样频率定在１００Ｈｚ，能够满足脑电信号采集的需 要［１］。 ２．２ 系统硬件设计 ２．２．１ 信号调理电路 本系统的前置放大电路选用了精密低功耗仪器放大器电 路ＡＤ６２０，它采用了激光晶片校准工艺，使电路间的匹配和跟 踪性能完好，从而保证了该电路固有的高性能。并且，它还采 用了８脚ＤＩＰ封装，功耗更低。由于其所具有的超β结构，使它的 输入偏置电流仅为１ｎＡ，保证了模块的高阻抗、低噪音和高共 模抑制比（ＣＭＲＲ）。由于极化电压的影响，为避免电路饱和，第 一级放大的增益不能太高，取为１０，此时其噪声水平仅为 ０．５５μＶｐｐ，输入阻抗可达１０ＧΩ，共模抑制比 （ＣＭＲＲ）可达 １２０ｄＢ。ＡＤ６２０放大倍数Ｇ由单一电阻Ｒｇ决定。增益公式Ｇ＝１＋ （４９．４ｋΩ／Ｒｇ）。这里选用精度为０．０１％、阻值为８．２５ｋΩ的金属膜 电阻。前置放大电路采用传统的三运放结构，后级通过通用集 成运放ＯＰ０７将信号放大直至满足Ａ／Ｄ采集要求。为了最大限 度减小噪声干扰，本系统采用６Ｎ１３７把电路的模拟电路及Ａ／Ｄ 转换器和数字电路完全隔离，使接口电路输送的数字信号流 都先经光电隔离器再进行后续操作。 实验结果表明，在本系统中采用右腿驱动电路（Ｄｒｉｖｅｎ
单片机首先读取ＣＦ卡引导区的数据。从中可以得到每个扇
区所包含的字节数、每一簇所包含的扇区数、保的 个 数 、 根 目 录 中 ３２ 位 目 录 的 个
数、总扇区数、１个ＦＡＴ数据结构所占用的扇区数、每一磁道
中所包含的扇区数、所包含的磁头数等。根据这些信息可以
系统软件主要包括：系统初始化模块、数据采集模块以及 ＵＳＢ设备模块。
ＵＳＢ设备模块的设计包括：固件设计、硬件驱动程序设计 以及高级应用程序的设计。
（１）固件设计。ＣＹ７Ｃ６８０１３芯片可以在ＫＥＩＬ Ｃ５１环境下开 发。由于引入了开发框架，用户的研发周期大大缩短。
（２）驱动程序的设计。驱动程序负责对底层硬件的访 问 。 设 计 所 使 用 的 开 发 工 具 是 Ｊｕｎｇｏ公 司 的 ＷｉｎＤｒｉｖｅｒｖ６ ． ０３ ， 它支持多种操作系统。利用ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ开发的优点是用户不 需要了解操作系统内部的具体工作机理，同时也不需要了 解各个系统 ＤＤＫ（Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｏｒ Ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｉｎ Ｋｅｒｎｅｌ）的 开 发 工具，而只需使用ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ提供的开发平台，即可完成驱动 程序的设计工作，剩下的底层细节由ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ内核统一处 理，从而降低了对开发者编程能力的要求，同时也大大缩短 了开发周期。
本系统利用芯片的外部数据存储器接口（ＥＭＩＦ）使得ＣＦ卡工
作于８位的存储器模式。
由于存储在ＣＦ卡中的数据需要在ＰＣ机上能以文件的形
式 读 出 来 ，所 以 ，在 单 片 机 上 也 要 以 文 件 的 形 式 进 行 存 储 。
本 系 统 所 采 用 的 ２５６Ｍ的 ＣＦ 卡 可 以 格 式 化 成 ＦＡＴ１６ 的 形 式 。
研究论著
Ｔ Ｈ Ｅ Ｓ ＩＳ ＆ Ｒ Ｅ Ｓ Ｅ Ａ Ｒ Ｃ Ｈ Ｒ Ｅ Ｐ Ｏ Ｒ Ｔ
新型多通道脑电信号采集系统的设计
徐栋君 和卫星 张 华
（江苏大学电气信息工程学院 江苏省镇江市 ２１２０１３）
摘要 介绍了１种新型脑电信号采集系统，系统采用Ｃｙｐｒｅｓｓ公司ＥＺ－ ＵＳＢ ＦＸ２系列ＵＳＢ２．０集成微控制器作为其控制核 心，前置级放大电路采用仪用放大器ＡＤ６２０，后二级采用高性能运算放大器ＯＰ０７。系统引入了通用串行总线（ＵＳＢ）技 术，可实现脑电信号的实时记录、显示及远程监测；同时，系统也可将所采集数据通过压缩存储至ＣＦ卡。ＵＳＢ软件开发工 具采用方便实用ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ开发平台。 关键词 脑电信号采集；信号调理；通用串行总线
四路选择器，通过在４０５２的Ａ、Ｂ二端输入０、１电平的不同组
合 ，控 制 Ｘｉ 与 Ｘ、Ｙｉ 与 Ｙ的 连 接 来 调 整 电 路 的 放 大 倍 数 ［３］（如
图２所示）。
２．２．２ Ａ／Ｄ转换
为了使Ａ／Ｄ转换器
和微机接口电路简单，
性能稳定可靠，将其设
计成总线形式，可以直