一種心電信號采集電路的設計
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1．3 主放大電路設計
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為8．86，而系統采用ADC的刻度范圍為0～3．3 V，為了提高采集精度，設計了主放大電路對信號進(jìn)一步放大。主放大電路的放大倍數設定為100倍，此時(shí)系統總放大倍數為886，得到的心電信號幅度約為0．08～2．7 V，使其在單片機內部ADC模塊的采集范圍內。該電路采用低偏置電壓，低漂移的集成運放OP07來(lái)承擔。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://dyxdggzs.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(guò)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(shí)際放大倍數約為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陷波器設計
工頻干擾主要是由人體和測量系統耦合周?chē)h(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動(dòng)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(jìn)入電路。另外，由于輸入回路和電極不穩定等因素，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(jìn)行陷波處理。設計電路如圖6所示。
對該電路進(jìn)行軟件仿真，結果如圖7所示，從頻域表可以看出50 Hz左右地方衰減明顯。實(shí)際測試時(shí)，采用頻率50 Hz，Vpp為1 V的正弦信號輸入，經(jīng)過(guò)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 右腿驅動(dòng)電路
為了提高共模抑制比，取初級放大的共模信號，通過(guò)運放反向之后經(jīng)過(guò)右腿加回體表，可以有效抑制測量過(guò)程中引入的干擾。實(shí)踐證明，采用右腿驅動(dòng)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(jià)，效果較好。右腿驅動(dòng)電路如圖8所示。
2 實(shí)驗測試結果
按照標準I導聯(lián)方式對心電信號進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)放大和濾波電路并進(jìn)行后級低通濾波，得到的心電信號波形清晰，最終測試結果如圖9所示。
3 結論
本文詳細分析心電信號的基本特征，設計了一種心電信號采集電路的設計方法。該電路結構簡(jiǎn)單，硬件體積小，成本低，可廣泛應用于便攜式心電監護儀的心電信號采集。
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