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一种心电信号采集电路的设计

作者:时间:2018-09-07来源:网络收藏

1.3 主放大电路设计
原始的幅度约为0.1~3mV,前置级和滤波电路放大倍数为8.86,而系统采用ADC的刻度范围为0~3.3 V,为了提高采集精度,设计了主放大电路对信号进一步放大。主放大电路的放大倍数设定为100倍,此时系统总放大倍数为886,得到的幅度约为0.08~2.7 V,使其在单片机内部ADC模块的采集范围内。该电路采用低偏置电压,低漂移的集成运放OP07来承担。如图5所示,100倍的增益由反向输入端的R1和R2的电阻决定,同相输入端采用R3=100 kΩ电阻以平衡两端电压并增大共模抑制比。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201809/388660.htm


在同相输入端输入1 Hz,Vpp为100 mV的正弦波,测试经过运算放大器放大后在输出端测到的信号Vpp约为10.3 V,后级放大电路的实际放大倍数约为103倍,测试值与理论值的误差是由芯片本身的特性以及电阻R1和R2的失配引起的。
1.4 50 Hz陷波器设计
工频干扰主要是由人体和测量系统耦合周围环境中50 Hz工频及其谐波成分而引入的,是的主要干扰之一,对心电波形的影响较大。虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用,并且在输入电路中采用了右腿驱动电路以抑制工频干扰,但仍有部分工频干扰是以差模信号方式进入电路。另外,由于输入回路和电极不稳定等因素,初级电路输出的心电信号仍存在较强的工频干扰,所以有必要进行陷波处理。设计电路如图6所示。



对该电路进行软件仿真,结果如图7所示,从频域表可以看出50 Hz左右地方衰减明显。实际测试时,采用频率50 Hz,Vpp为1 V的正弦信号输入,经过陷波器之后,原本Vpp为1 V的信号,衰减至0.1 V,陷波效果明显。


1.5 右腿驱动电路
为了提高共模抑制比,取初级放大的共模信号,通过运放反向之后经过右腿加回体表,可以有效抑制测量过程中引入的干扰。实践证明,采用右腿驱动能够使50 Hz共模干扰降低到1%以下,而且对于50 Hz干扰的抑制并不以损失心电图的频率成份代价,效果较好。右腿驱动电路如图8所示。



2 实验测试结果
按照标准I导联方式对心电信号进行采样,经过放大和滤波电路并进行后级低通滤波,得到的心电信号波形清晰,最终测试结果如图9所示。



3 结论
本文详细分析心电信号的基本特征,设计了一种心电信号采集电路的设计方法。该电路结构简单,硬件体积小,成本低,可广泛应用于便携式心电监护仪的心电信号采集。


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