心電圖用放大器的設計注意事項

　　摘要：心電圖(ECG)設備的普及程度已顯著(zhù)加深，隨著(zhù)電子和機械設計的進(jìn)步，如今的ECG已能夠自主進(jìn)行各種信號分析、提供實(shí)時(shí)顯示，甚至使便攜式設備能記錄長(cháng)時(shí)間的心電活動(dòng)。這些高級功能依賴(lài)于心電信號的精確捕捉和調理，這使得放大器的選擇和設計成為ECG系統成功的關(guān)鍵因素。此技術(shù)文章重點(diǎn)分析了心電圖(ECG)用放大器的設計注意事項，其中包括信號調理、共模抑制、失調校正以及噪聲消除等。

　　多年以來(lái)，心電圖(ECG)設備的普及程度已顯著(zhù)加深，技術(shù)進(jìn)步使此類(lèi)設備的檢測結果日益實(shí)用。在設計ECG時(shí)，必須考慮幾點(diǎn)，其中之一是調理此類(lèi)系統的信號所要使用的放大器。

　　心電圖概述

　　ECG用于監視心電活動(dòng)。隨著(zhù)心臟壁的收縮，生物電流遍布人體，產(chǎn)生變化的電壓。放置在皮膚上的電極可檢測到這些電壓，從而可監視心臟活動(dòng)。

　　最簡(jiǎn)單的ECG提供了心臟運動(dòng)的波形圖，可顯示在屏幕上或直接打印到紙上。更先進(jìn)的設備將提供其他功能，如存儲波形、無(wú)線(xiàn)數據傳輸和各種級別的后信號處理。圖1顯示了ECG的高級框圖。信號調理電路中使用的放大器在圖的左下角以綠色突出顯示?！　?/p>

 

　　信號調理的挑戰

　　根據系統和所需的分析類(lèi)型，最常見(jiàn)的配置是將3個(gè)、5個(gè)甚至10個(gè)電極連接到人體的不同部位。在皮膚上檢測到的電壓范圍為100µV到3mV。不過(guò)，每個(gè)電極的直流電壓可能接近于300mV。因此，前端檢測電路必須能夠在存在較大共模電壓時(shí)檢測到極小的電壓。另一個(gè)挑戰是要應付各種噪聲源，例如來(lái)自頂燈或監視器的50或60Hz干擾、患者的移動(dòng)以及來(lái)自設備其他部分的電磁干擾。

　　由于有用信號的幅值極小，因此使用放大器從共模電壓和噪聲中提取心電信號，并提供信號增益。此類(lèi)應用中一些重要的放大器參數包括共模抑制、輸入失調電壓和失調電壓漂移、輸出擺幅以及放大器噪聲。

　　共模抑制

　　如前文所述，放置在患者皮膚上的電極可能有大約數百毫伏的直流電壓，而有用信號的電壓通常小于一毫伏。儀表放大器配置非常適合這種情況，該放大器將消除任何與差分輸入共模的信號(來(lái)自電極或任何共模噪聲，如60Hz干擾)，同時(shí)放大有用的心電信號。在這種情況下，考慮放大器電路的共模抑制參數是非常重要的，不僅針對直流信號，還要考慮跨頻率，尤其是線(xiàn)路頻率為50或60Hz時(shí)。具有高共模抑制比的放大器將消除更多不需要的噪聲并實(shí)現更高精度的測量。