JPH01501515A - 信号整形回路網 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 信号整形回路網 この発明は、出力と、その間に信号源を接続する逆相および非反転入力とが備わ った１基の差動増幅器から成る信号整形回路網に関する。

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入的差動 増幅器を示す。入力端子Ａおよび３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は増幅係数でろシ、Ｃは 混信で起きる誤差期間を表わす）。このファクターの数値は、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ＣＭＲＲ（共通 モード阻止性能比）ファクターと、前記信号源のインピーダンス（ｆｃ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量比、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、大抵の場合不同 でるり、それによって、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０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・・・１０ ００　を示す。

生物信号増幅器は、通常交流信号に用いられ、それによシ原則として、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 ことになシ、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、それによシ、これら増幅器は外乱に対し て非常にセンシティブとなシ、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）の下端で集中させる。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るる。

共通モード混信の減衰は、増幅されて、アース接続電極を接続する有効接地とし てマイナス１８σ逆に位相変換して差動増幅器（共通モード混信）の入力端子か らとった混信に接続して、第２図に示された周知の方法でるる程度（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先行信号！形回路 網は、混信になり易い条件で実施する測定、たとえば、放転勤程中に起きる筋緊 張（ＥＭＧ信号）の分布の実時間測定には事実上不適当でるる。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網を提供し、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込ての極めて確実明確 力情報を与えることである。

上記の目的は、この発明の信号整形回路網によって達成されるもので、それは、 積分帰還回路を、差動増幅器の出力と、２つ、の入力のうちの片方との間に・接 続することまたは（および）微分帰還回路を、差動増幅器の出力と、前記２つの 入力のうちの他方との間に接続することを特徴とする。前記積分帰還回路を、好 ましくはマイナス１８σの位相変換をして差動増幅器の非反転入力に、るるいは 、σの位相変換をして差動増幅器の逆相入力に接続することでるる。相応して、 微分帰還回路を好ましくは、マイナス１８σの位相変換をした差動増幅器の非反 転入力に接続するか、ろるいはσの位相変換をして差動増幅器の逆相入力に接続 することでるる。

上記の性質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、従って、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網を下記に、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図すは、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図すは、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 ののブロック図を示す。第３図すおよび第３図すの増幅器において、積分信号２ は、出力信号ｙから計算されそれによって得られた積分信号は、入力信号Ｓの振 幅と所要時間に正比例する。第３図ａの実施例において、前記積分信号２を、− １８σ（−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図すの実施態様において、積分信号（１／τｆｙｄｔ）ｖｉ−σ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のブロッ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’ｉ、演算増幅器ｏｐと、抵抗ＲおよびコンデンサＣによシ形成さ 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ｙｔ−受信し、また抵抗只の一方 の端子を前記演算増幅器ｏｐの負相端子に接続し、その正相端子を接地する。

前記コンデンサＣｖｉ−１前記負相入力端子と、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Ｒｇｔ通して、前記差動増幅器Ｇの非反転入力 Ｂに入れる。振幅の等しい抵抗Ｒｇｔ、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ｉを与えると、信号 （混信）の変化率の範囲を測定でき、それによってこれら変化率よシ遅い信号が 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。逆もまた同じでるる。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ヲ信号源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Ｏ 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、放転勤程中の筋緊張（ ＥＭＧ信号）分布の実時間測定でるる。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ろる。

従来、前述の運動学的現象のそれ以上の測定は不可能でろった。

第５図は、この発明による前記適応差動増幅器の第３実施例のブロック図を示し 、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、それによシ、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１８σ（−τ’　ａｙ／ａｔ）の位相変換をして差動増幅 器Ｇの非逆入力Ｂに合計する。第３図すに示された法則によシ、この微分帰還２ ａもまた差動増幅器の出力と、その非反転入力人との間に接続でき、それによっ てσ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の逆相入力との両方に接続す る。前記演算増幅器ｏｐの非逆入力をアースに接続する。抵抗Ｒを演算増幅器Ｏ Ｐヲ横切って接続して帰還抵抗を形成し、それによって、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全全通て差動増幅器Ｇの非逆入力端子 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図すの実施 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るる〇 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 発明に本質的でるる帰還回路の構造が、微分でろ九積分てられ、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、微分または積分全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。

ＦＩｔ３．４ ＦＩＧ、　５ Ｆｌ（ｉ　６ 国際調査報告

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．出力と逆（Ａ）および非逆（Ｂ）入力とを備え、その間に信号源（Ｓ）を接 続する差動増幅器から成り、積分帰還回路（１ａ、１ｂ）を前記出力と、前記差 動増幅器（Ｇ）の一方の入力との間に接続するかまたは（および）微分帰還回路 （２ａ）を前記出力と、前記差動増幅器の他方の入力の間に接続することを特徴 とする信号整形回路網。
2. ２．前記積分帰還回路を、マイナス１８０°の位相変換（１ａ）をして前記差動 増幅器の非反転入力（Ｂ）に、または０°の位相変換をしてそれの逆相入力（Ａ ）に接続することを特徴とする請求項１による信号整形回路。
3. ３．前記微分帰還回路を、マイナス１８０°の位相変換（２ａ）をして前記差動 増幅器の非反転入力（Ｂ）に、または０°の位相変換をしてそれの逆相入力（Ａ ）に接続することを特徴とする請求項１による信号整形回路網。
4. ４．抵抗（Ｒｇ）を、前記帰還回路（１ａ、１ｂ、２ａ）と、前記差動増幅器の 入力（Ａ、Ｂ）との間に接続し、振幅の等しい抵抗（Ｒｇ）を、それの他方の入 力と、アース／別の帰還回路の間に接続することを特徴とする上記請求項１乃至 ３のいずれか１つによる信号整形回路網。