EEG滤波器设计挺有意思的，激情分享下

yunshen · 2025 年11 月 7 日 02:26

看到个滤波器设计的比较有意思，写一下写一下。爱写。
整个EEG信号链主要由以下滤波模块组成：
EEG信号源
│
[AD620仪用放大器]
│
[Stage2] Twin-T Notch（有源陷波）
│
[Stage3] HPF (7Hz) ──┐
├── Sallen-Key 高通（2阶，有源）
[Stage4] LPF (31Hz) ─┘
│
[Stage5] HPF(1Hz)+非反相放大器(+ LPF@160Hz)
│
[Stage6] Twin-T Notch（有源陷波）
│
→ 声卡（1V范围）

阶段	滤波类型	截止频率 / 中心频率	设计目的
Stage 2	60Hz Notch Filter	60 Hz	抑制工频干扰（市电噪声）
Stage 3	High-Pass Filter (HPF)	7.23 Hz	去除皮肤电导低频漂移，保留 alpha/beta 脑电波
Stage 4	Low-Pass Filter (LPF)	31.23 Hz	去除高频干扰，保留 beta 以下频段
Stage 5 前段	HPF	1 Hz	再次去除低频漂移（皮肤电导/运动伪迹）
Stage 5 后段	LPF	160 Hz	高频限幅保护，抗 alias
Stage 6	60Hz Notch Filter	60 Hz	输出前再次消除工频干扰

Stage 2: 60Hz Notch Filter（陷波器）

有源陷波器，消除市电干扰；使用对称 RC 结构，中心频率为：

假设目标为 60Hz，可选择：
R=12 Ω
C=220 nF
则：

注意事项：
需要极低误差的电阻，尤其是 12Ω，要精准匹配，否则陷波频率偏移；可以用 trimmer 电阻微调陷波点。

Stage 3: 7.23Hz High-Pass Filter（二阶）

二阶高通滤波器（可能为 Sallen-Key 结构），截止频率为7.23 Hz
抑制 Galvanic Skin Response（皮肤导电变化）带来的低频干扰；舍弃 delta (0.5–4Hz) 与 theta (4–8Hz) 波段，专注于 alpha/beta 波段。
电路结构：Sallen-Key 高通（2阶）

设计：

设计值约为：
f_c=7.23 Hz
R_1=R_2=180 kΩ，
C_1=C_2=100 nF
验证：

说明这可能通过调整实际 C 值使其略降至 7.23Hz，例如使用 220nF + 100nF 组合。

yunshen · 2025 年11 月 7 日 02:45

Stage 4：低通滤波器（LPF @ 31.23 Hz）
抑制高频肌电干扰（EMG）与系统噪声，使用Sallen-Key LPF（2阶）
同样使用：

设定目标 f_c=31.23 Hz，假设：
R=47kΩ
C=220 nF
则估算：

要实现 31Hz，可以搭配：
R=22k
C=220nF

Stage 5a：1Hz 高通滤波器（RC）
进一步滤除极低频伪迹、运动慢漂等；简单 RC 高通：

输入 --C--+--R-- 地
          |
        输出

截止频率：
f_c=1/2πRC “(8)”
选择：
R=1MΩ，
C=160 nF

Stage 5b：160Hz 低通滤波器（RC）
抑制高频尖峰，防止 aliasing，缓冲信号。
RC 滤波器：

选择：
R=100kΩ
C=10nF
则：

非常接近目标值 160Hz。
该设计形成一个带通滤波器带形响应，专注于 8–30 Hz 区间的脑电信号：
通带范围：约 7Hz 到 30Hz（alpha ~ beta）
双级 notch 有效抑制 60Hz；组合低通与高通形成带通窗；多极设计 → 快速滚降 → 精准抑制目标频段外信号
对了这个设计来源于这个，放个来源在这：DIY EEG (and ECG) Circuit : 12 Steps (with Pictures) - Instructables

yunshen · 2025 年11 月 7 日 02:51

为什么用有源滤波器？

有源滤波器是指使用运算放大器（Op-Amp）构建的滤波电路，区别于只有电阻、电容、电感组成的无源滤波器。优点包括：
无需电感器，利于集成和低频设计；增益可调（带放大能力）；响应更锐利（高阶）。
OKOK,滤波器的内容非常多，截止这里就不写了，说一点别的滤波器，这个滤波器在 TIA 的应用里面也有（我称为双 T 型滤波器）：

Sallen-Key 滤波器是什么？

Sallen-Key 滤波器是一种使用运算放大器 + RC 网络构建的二阶主动滤波器结构，具备：响应陡峭（–40 dB/dec）；抗源阻抗干扰（因运放缓冲）
低通滤波器（LPF）

Vin ──R1──+─────+─────→ Vout
          |     |
         C1    R2
          |     |
         GND   C2
                |
               GND

（非反相缓冲结构，Vout 接运放+，反馈接 -）
标准单位增益：

对于对称设计：
R_1=R_2=R，C_1=C_2=C
则：

当 A=1（单位增益缓冲）时，Q=1/2（无共振）
高通滤波器（HPF）
与 LPF 类似，电容电阻互换位置：

Vin ──C1──+─────+─────→ Vout
          |     |
         R1    C2
          |     |
         GND   R2
                |
               GND

同样适用于：

模块	类型	结构	元件估值
Stage 3	高通 HPF	Sallen-Key	f_c=7.23 Hz ，R=180kΩ，C=100nF
Stage 4	低通 LPF	Sallen-Key	f_c=31.23 Hz ，R=22kΩ，C=220nF
![image	690x410](upload://hBTr6yy0ftd7Z00tG9xXJckVFtx.png)
展示了同一组参数下（R = 22kΩ, C = 220nF，截止频率 fc ≈ 33 Hz）构建的：