基于TL084C的心电信号检测系统设计

2 系统总体要求
由于通过体表两极所测的心电信号十分微弱，只有毫伏级(O．05～4 mV)，而在检测心电信号的同时又存在强大的噪音干扰，因此，为了能有效精确的测量，本系统分为前置放大电路、滤波电路、主放大电路等部分，通常需要满足以下条件：
(1)前置放大器的增益应介于200～2000之间，其共模抑制比不应低于1000：1 (dB)；
(2)前置放大器的差模输入阻抗应≥20 MΩ；
(3)电路的电磁辐射要尽可能的低。心电信号十分微弱，而且很容易串入周围环境的噪声干扰。另外，在设计电路的时候，还需要考虑到电子电路自身的电磁辐射，避免给信号测量带来新的麻烦。
本心电信号检测系统的原理框图如图2所示。

3 系统电路设计
3．1 前置放大电路
由于电极采集到的心电信号幅值通常在0．05～4 mV，频谱范围为O．1～35 Hz，通常需要放大上千倍才能观察到，并且人体内阻较大，因此，一个高阻抗、高增益的前置放大器是准确获取心电信号的关键。整个前置放大电路是一个差分放大电路，一般包括输入保护及缓冲器、驱动反馈网络和仪表放大电路等部分，图3所示是其前置放大电路图。

图中，输入电极可使用双片银／氯化银(Ag／AgCl)电极，主要用来引导体表电位差。测量时，人的双手紧握电极片即可。输入装置应包括保护电路，其作用一方面用来防止机器的漏电流进入人体而影响使用者的安全，另一方面，也应防止过强的信号进入后续电路。在防止ESD时，心电电极的输入端可能会出现幅度高达数千伏、持续时间为n纳秒的高压脉冲。为防止这些高压脉冲损坏心电输入端的器件，本设计采用箝位电路进行输入保护。即将所有ESD放电管聚集在一起，一点接地并与后续电路隔离。在除颤时，电极输入可使用由10 kΩ的电阻和33 nF的电容组成的一阶高通滤波作为输入缓冲，主要用于吸取快速瞬变脉冲，同时也用于隔断直流干扰。对于强高频电力干扰，主要依靠二极管箝位保护电路，将电压箝位到±1．4 V左右，从而形成中低压防护，以保证输入运放的安全和电源的稳定。
缓冲器结构为电压跟随器，其作用一是提高输入阻抗，克服电极与人体接触电阻引起的信号衰减：二是确保输出阻抗足够小，以有效驱动后面的电路。输入保护端和缓冲采用对称结构，这对50 Hz的工频噪声等共模干扰进行抑制非常有效。驱动深度反馈网络主要用作信号反向反馈，提高共模抑制比，有效削弱共模干扰，改善心电信号质量。
因此，前置放大电路一共需用四个运放。本设计选用TL084C。TL084C是高速J-FET(结型场效应管)型输入四运放集成芯片。其中的每一个
运算放大器在单块集成电路上都使用了高电压结型场效应管和双极性管，同时兼容了更好的匹配性，具有转换速率高，输入基极电流和输入漂移电流小，漂移电压温度系数低特点。