一種心電信號采集電路的設(shè)計
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1．3 主放大電路設(shè)計
原始心電信號的幅度約為0．1～3mV，前置級和濾波電路放大倍數(shù)為8．86，而系統(tǒng)采用ADC的刻度范圍為0～3．3 V，為了提高采集精度，設(shè)計了主放大電路對信號進一步放大。主放大電路的放大倍數(shù)設(shè)定為100倍，此時系統(tǒng)總放大倍數(shù)為886，得到的心電信號幅度約為0．08～2．7 V，使其在單片機內(nèi)部ADC模塊的采集范圍內(nèi)。該電路采用低偏置電壓，低漂移的集成運放OP07來承擔(dān)。如圖5所示，100倍的增益由反向輸入端的R1和R2的電阻決定，同相輸入端采用R3=100 kΩ電阻以平衡兩端電壓并增大共模抑制比。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201809/388660.htm
在同相輸入端輸入1 Hz，Vpp為100 mV的正弦波，測試經(jīng)過運算放大器放大后在輸出端測到的信號Vpp約為10．3 V，后級放大電路的實際放大倍數(shù)約為103倍，測試值與理論值的誤差是由芯片本身的特性以及電阻R1和R2的失配引起的。
1．4 50 Hz陷波器設(shè)計
工頻干擾主要是由人體和測量系統(tǒng)耦合周圍環(huán)境中50 Hz工頻及其諧波成分而引入的，是心電信號的主要干擾之一，對心電波形的影響較大。雖然前置放大電路對共模干擾具有較強的抑制作用，并且在輸入電路中采用了右腿驅(qū)動電路以抑制工頻干擾，但仍有部分工頻干擾是以差模信號方式進入電路。另外，由于輸入回路和電極不穩(wěn)定等因素，初級電路輸出的心電信號仍存在較強的工頻干擾，所以有必要進行陷波處理。設(shè)計電路如圖6所示。
對該電路進行軟件仿真，結(jié)果如圖7所示，從頻域表可以看出50 Hz左右地方衰減明顯。實際測試時，采用頻率50 Hz，Vpp為1 V的正弦信號輸入，經(jīng)過陷波器之后，原本Vpp為1 V的信號，衰減至0．1 V，陷波效果明顯。
1．5 右腿驅(qū)動電路
為了提高共模抑制比，取初級放大的共模信號，通過運放反向之后經(jīng)過右腿加回體表，可以有效抑制測量過程中引入的干擾。實踐證明，采用右腿驅(qū)動能夠使50 Hz共模干擾降低到1％以下，而且對于50 Hz干擾的抑制并不以損失心電圖的頻率成份代價，效果較好。右腿驅(qū)動電路如圖8所示。
2 實驗測試結(jié)果
按照標(biāo)準(zhǔn)I導(dǎo)聯(lián)方式對心電信號進行采樣，經(jīng)過放大和濾波電路并進行后級低通濾波，得到的心電信號波形清晰，最終測試結(jié)果如圖9所示。
3 結(jié)論
本文詳細分析心電信號的基本特征，設(shè)計了一種心電信號采集電路的設(shè)計方法。該電路結(jié)構(gòu)簡單，硬件體積小，成本低，可廣泛應(yīng)用于便攜式心電監(jiān)護儀的心電信號采集。
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