低噪聲便攜式的心電監測儀設計和實(shí)現

　　當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）傳遞函數的Filterlab 2．0的仿真結果。由此可以看出陷波電路設計符合要求。

　　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，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C,或與負載串聯(lián)電感器L,以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。濾波是信號處理中的一個(gè)重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現代濾波。經(jīng)典濾波的概念，是根據傅里葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據高等數學(xué)理論，任何一個(gè)滿(mǎn)足一定條件的信號，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊加而成。換句話(huà)說(shuō)，就是工程信號是不同頻率的正弦波線(xiàn)性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內的信號成分正常通過(guò)，而阻止另一部分頻率成分通過(guò)的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路。

　　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：

　　各電阻電容值的選取，除了能夠濾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的濾波仿真結果，從圖中可以看出，信號在50 Hz處被很好地抑制了，濾波的效果非常理想，完全可以達到臨床實(shí)用的要求。

　　濾波器對最終信號的質(zhì)量尤為重要，由于濾波器的性能對元器件的誤差相當靈敏，因此在這一級的設計中需要選用穩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 語(yǔ)

　　電路中各濾波器的性能與濾波器的參數有直接關(guān)系，需經(jīng)過(guò)正確計算。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 )的對稱(chēng)，否則陷波深度會(huì )受影響。變阻器如何調節將會(huì )影響波形的好壞，可在實(shí)驗中調試得出。

　　圖7是實(shí)際電路測試的結果（縱坐標為μV），可以看到該電路較好地完成了對心電的降噪。當然，在降噪過(guò)程中還可以增加屏蔽技術(shù)，以進(jìn)一步減少外部信號的干擾。帶通濾波器還可以設計成只帶一個(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。

　　要想獲得清晰穩定的心電信號，心電放大器中前置放大器與濾波器的設計很關(guān)鍵，特別是50 Hz的帶阻濾波器尤其重要。本文設計的以AD620型運放構成的心電放大器可實(shí)現輸出電壓高增益、低噪聲、高靈敏度，保證心電信號清晰穩定，按上述設計制作出的監護儀體積小、耗電少、攜帶方便、工作正常。經(jīng)實(shí)測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，信號中基本看不到寄生工頻干擾。電路穩定性好，即使電極脫落，基線(xiàn)亦無(wú)明顯漂移。滿(mǎn)足家居監護以及病理分析的要求。

　　作為便攜式監護儀器，硬件結構簡(jiǎn)單、體積便于攜帶是其自身固有的特點(diǎn)。本文針對這些特點(diǎn)，心電信號采集存儲和數據處理從節省電能和成本方面考慮采用MSP430單片機。為使濾波函數得以更好地實(shí)現，可采用具有運算速度快和浮點(diǎn)運算優(yōu)點(diǎn)的DSP芯片進(jìn)行改進(jìn)，使采集的信號失真更小，保真度更高，對ECG信號的采集準確率大大提高，但DSP昂貴的價(jià)格會(huì )使成本提高。