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采用ADS1293的低功耗便携式心电图仪硬件设计

作者:李传喜 齐林时间:2013-05-20来源:电子产品世界

  摘要:本文设计了一种基于TI公司推出的24位、3通道低功耗心电前端模拟芯片的硬件电路,这种电路设计可以解决分立式硬件设计中很多技术难题,应用方便,性价比高,是提高性能、降低产品功耗的便携式心电产品的理想选择。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/145485.htm

  随着现代社会的高速发展,人们生活水平不断提高的同时,生活节奏变快,生活压力也不断增大。随着人们心理加压的提高,身心负荷的长期超载,使得人类心脏疾病发生率也越来越高,成为威胁人们健康甚至生命的重要杀手之一。所以,人们对于心脏疾病越来越重视,常规心电图机较难在心脏疾病早期发现异常心电图。因而人们需要通过长期的心电监测来保证身体健康。同时,受到电池容量、电子器件等瓶颈的限制,低功耗、便携式是解决长期心电监测的关键。兼顾以上特点,本文基于低功耗器件、配合TI公司的低功耗MSP430F5505,实现了低功耗便携式硬件设计。

  总体结构设计

  人体心电信号非常微弱,其幅值一般为50μV~5mV,频率范围0.01Hz~250Hz。人体心电信号极易受到其它信号的干扰,如皮肤阻抗造成的极化电压的干扰,呼吸阻抗造成的基线的干扰,情绪及外界刺激引起的肌电干扰等等,其中工频干扰尤为明显。因此心电前端的模拟电路设计对于心电图仪采集系统尤为重要。

  如图1所示,本设计通过集成芯片的模拟电路对信号处理后,经过ADC采样,之后通过SPI传给MSP430F5505对数据进行处理,将心率异常事件存储到MSP430F5505的FLASH中,回放事件时通过MSP430F5505自带的USB功能将心率异常事件传给PC机,在PC机上显示心率异常事件趋势图。  

 

  基于集成芯片的心电前端电路设计

  基于人体心电信号的特点,需要前端模拟采集电路有足够大的输入阻抗、足够高的共模抑制能力、较宽的电压动态范围。因此采用CMRR>100dB、输入电压动态范围达±400mV、内置EMI滤波器的ADS1293,既能达到前端模拟电路的设计要求,又可以简化电路减小仪器体积降低仪器功耗。ADS1293内部结构框图如图2所示,ADS1293可分为EMI滤波器、控制开关、仪表运放、Σ△24位数据转换等部分。  

 

  在设计时,人体左右手电极RA、LA分别与ADS1293的IN2、IN1连接,左右腿电极LL、RL分别与ADS1293的IN3、IN4连接,人体胸导联电极V1与ADS1293的IN5连接,威尔逊中心端WCT与ADS1298的IN6连接。通过SPI控制ADS1293内部控制开关,可以实现I、II、V等3个心电通道的实际采集。根据导联计算公式,可以计算出III、aVR、aVF、aVL导联的数据。原理图如图3所示。  

 
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