采用ADS1293的低功耗便攜式心電圖儀硬件設(shè)計(jì)

　　摘要：本文設(shè)計(jì)了一種基于TI公司推出的24位、3通道低功耗心電前端模擬芯片的心電圖儀硬件電路，這種電路設(shè)計(jì)可以解決分立式硬件設(shè)計(jì)中很多技術(shù)難題，應(yīng)用方便，性價(jià)比高，是提高性能、降低產(chǎn)品功耗的便攜式心電產(chǎn)品的理想選擇。

　　隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，人們生活水平不斷提高的同時(shí)，生活節(jié)奏變快，生活壓力也不斷增大。隨著人們心理加壓的提高，身心負(fù)荷的長期超載，使得人類心臟疾病發(fā)生率也越來越高，成為威脅人們健康甚至生命的重要?dú)⑹种弧Ｋ裕藗儗τ谛呐K疾病越來越重視，常規(guī)心電圖機(jī)較難在心臟疾病早期發(fā)現(xiàn)異常心電圖。因而人們需要通過長期的心電監(jiān)測來保證身體健康。同時(shí)，受到電池容量、電子器件等瓶頸的限制，低功耗、便攜式心電圖儀是解決長期心電監(jiān)測的關(guān)鍵。兼顧以上特點(diǎn)，本文基于低功耗器件ADS1293、配合TI公司的低功耗單片機(jī)MSP430F5505，實(shí)現(xiàn)了低功耗便攜式心電圖儀硬件設(shè)計(jì)。

　　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　人體心電信號非常微弱，其幅值一般為50μV~5mV，頻率范圍0.01Hz~250Hz。人體心電信號極易受到其它信號的干擾，如皮膚阻抗造成的極化電壓的干擾，呼吸阻抗造成的基線的干擾，情緒及外界刺激引起的肌電干擾等等，其中工頻干擾尤為明顯。因此心電前端的模擬電路設(shè)計(jì)對于心電圖儀采集系統(tǒng)尤為重要。

　　如圖1所示，本設(shè)計(jì)通過ADS1293集成芯片的模擬電路對信號處理后，經(jīng)過ADC采樣，之后通過SPI傳給MSP430F5505單片機(jī)，單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將心率異常事件存儲到MSP430F5505的FLASH中，回放事件時(shí)通過MSP430F5505自帶的USB功能將心率異常事件傳給PC機(jī)，在PC機(jī)上顯示心率異常事件趨勢圖。　　

 

　　基于集成芯片ADS1293的心電前端電路設(shè)計(jì)

　　基于人體心電信號的特點(diǎn)，需要前端模擬采集電路有足夠大的輸入阻抗、足夠高的共模抑制能力、較寬的電壓動態(tài)范圍。因此采用CMRR>100dB、輸入電壓動態(tài)范圍達(dá)±400mV、內(nèi)置EMI濾波器的ADS1293，既能達(dá)到前端模擬電路的設(shè)計(jì)要求，又可以簡化電路減小儀器體積降低儀器功耗。ADS1293內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，ADS1293可分為EMI濾波器、控制開關(guān)、儀表運(yùn)放、Σ△24位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等部分。　　

 

　　在設(shè)計(jì)時(shí)，人體左右手電極RA、LA分別與ADS1293的IN2、IN1連接，左右腿電極LL、RL分別與ADS1293的IN3、IN4連接，人體胸導(dǎo)聯(lián)電極V1與ADS1293的IN5連接，威爾遜中心端WCT與ADS1298的IN6連接。通過SPI控制ADS1293內(nèi)部控制開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)I、II、V等3個(gè)心電通道的實(shí)際采集。根據(jù)導(dǎo)聯(lián)計(jì)算公式，可以計(jì)算出III、aVR、aVF、aVL導(dǎo)聯(lián)的數(shù)據(jù)。原理圖如圖3所示。