一种便携式心电信号采集系统的电路设计

　　摘要：针对便携式心电采集电路体积小、性能高的要求，以AD620和TL064为核心设计出由前置放大电路、无源高通滤波、二阶低通滤波、陷波器和二级放大电路等组成的采集电路。前置放大电路的设计和参数的选择抑制了噪声，省去了通常采集电路中右腿驱动的部分；通过对二阶滤波和陷波器的参数选择和调试，得到较理想的滤波效果。A／D转换是利用FPGA设计控制模块来实现的，其他存储、显示模块可以集中在FPGA上，增加了便携设备的集中度。实验和仿真结果表明，在简单电路和参数下能够得到对50 Hz频率衰减几乎为0，在1 000 Hz时衰减-40 dB，幅度放大1 000倍的心电信号。

　　随着生活水平的提高，健康问题引起人们高度重视，尤其是对心脏疾病方面，因而从医院大型设备到便携式仪器，甚至各种远程诊断设备，都有飞跃发展，而所有心电设备的基础都是精确采集到心电信号。在大型设备中，对采集电路的性能要求严格，因此电路设计复杂，体积较大。在便携式设备中，对采集电路要求性能和体积的统一。因此在便携式自动心电诊断系统的项目背景下，设计出便携式心电信号的采集电路。

　　1 心电图产生机理

　　在人体内，窦房结发出一次兴奋，按一定途径和时程，依次传向心房和心室，引起整个心脏兴奋。因此，每个心动周期中，心脏各个部分兴奋过程中出现的生物电变化的方向、途径、次序和时间都有一定规律。这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液反映到身体表面上，使身体各部位在每一心动周期中也都发生有规律的生物电变化，即心电位。若把测量电极放置在人体表面的一定部位，记录处心脏电位变化曲线，即常规心电图(Electrocardiogram，简称ECG)。

　　2 系统结构

　　便携式心电监护仪的目标是具备自动诊断心脏疾病的功能，同时便于家庭和旅行使用。这里主要给出便携式心脏疾病自动诊断设备的前端部分，即信号采集和处理部分。心电信号的采集主要由放大、滤波等模拟电路完成。心电信号在FPGA控制下，实现信号的数字化，以便后续进一步处理和存储，系统整体结构如图1所示。