低噪聲便攜式的心電監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　當(dāng)f0=50 Hz時(shí)，C和R分別取O．068μF和47 kΩ；f0=100 Hz時(shí)，C和R分別取O．068μF和24 kΩ。

　　圖4為式（1）傳遞函數(shù)的Filterlab 2．0的仿真結(jié)果。由此可以看出陷波電路設(shè)計(jì)符合要求。

　　2．6．2 帶通濾波電路

　　濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C,或與負(fù)載串聯(lián)電感器L,以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。濾波是信號(hào)處理中的一個(gè)重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個(gè)滿足一定條件的信號(hào)，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊加而成。換句話說(shuō)，就是工程信號(hào)是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號(hào)的不同頻率的正弦波叫做信號(hào)的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)成分正常通過(guò)，而阻止另一部分頻率成分通過(guò)的電路，叫做經(jīng)典濾波器或?yàn)V波電路。

　　帶通濾波器電路如圖5所示，采用的是帶反饋的有源濾波器。該電路前半部分是0．05 Hz的高通濾波器，后半部分為100 Hz的低通濾波器。

　　高通濾波器的傳遞函數(shù)：

　　各電阻電容值的選取，除了能夠?yàn)V波以外還具有放大作用。以上全部電路所用的放大器均是TI公司的OPA2137。

　　圖6是Matlab的濾波仿真結(jié)果，從圖中可以看出，信號(hào)在50 Hz處被很好地抑制了，濾波的效果非常理想，完全可以達(dá)到臨床實(shí)用的要求。

　　濾波器對(duì)最終信號(hào)的質(zhì)量尤為重要，由于濾波器的性能對(duì)元器件的誤差相當(dāng)靈敏，因此在這一級(jí)的設(shè)計(jì)中需要選用穩(wěn)定而精密的阻容原件，可串聯(lián)精密電位器以獲得較好的效果。

　　3 結(jié) 語(yǔ)

　　電路中各濾波器的性能與濾波器的參數(shù)有直接關(guān)系，需經(jīng)過(guò)正確計(jì)算。陷波器雙T型網(wǎng)絡(luò)中的電阻和電容需要精確匹配，以保證雙T網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱，否則陷波深度會(huì)受影響。變阻器如何調(diào)節(jié)將會(huì)影響波形的好壞，可在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試得出。

　　圖7是實(shí)際電路測(cè)試的結(jié)果（縱坐標(biāo)為μV），可以看到該電路較好地完成了對(duì)心電的降噪。當(dāng)然，在降噪過(guò)程中還可以增加屏蔽技術(shù)，以進(jìn)一步減少外部信號(hào)的干擾。帶通濾波器還可以設(shè)計(jì)成只帶一個(gè)放大器的濾波器，使電路更為簡(jiǎn)單，但是精確率可能會(huì)降低。

　　要想獲得清晰穩(wěn)定的心電信號(hào)，心電放大器中前置放大器與濾波器的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵，特別是50 Hz的帶阻濾波器尤其重要。本文設(shè)計(jì)的以AD620型運(yùn)放構(gòu)成的心電放大器可實(shí)現(xiàn)輸出電壓高增益、低噪聲、高靈敏度，保證心電信號(hào)清晰穩(wěn)定，按上述設(shè)計(jì)制作出的監(jiān)護(hù)儀體積小、耗電少、攜帶方便、工作正常。經(jīng)實(shí)測(cè)輸出心電波形基本無(wú)失真，P波、T波都能得到真實(shí)顯示。特別是該電路抗50 Hz陷波性能好，信號(hào)中基本看不到寄生工頻干擾。電路穩(wěn)定性好，即使電極脫落，基線亦無(wú)明顯漂移。滿足家居監(jiān)護(hù)以及病理分析的要求。

　　作為便攜式監(jiān)護(hù)儀器，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積便于攜帶是其自身固有的特點(diǎn)。本文針對(duì)這些特點(diǎn)，心電信號(hào)采集存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理從節(jié)省電能和成本方面考慮采用MSP430單片機(jī)。為使濾波函數(shù)得以更好地實(shí)現(xiàn)，可采用具有運(yùn)算速度快和浮點(diǎn)運(yùn)算優(yōu)點(diǎn)的DSP芯片進(jìn)行改進(jìn)，使采集的信號(hào)失真更小，保真度更高，對(duì)ECG信號(hào)的采集準(zhǔn)確率大大提高，但DSP昂貴的價(jià)格會(huì)使成本提高。