一種便攜式心電信號采集系統的電路設計

　　摘要：針對便攜式心電采集電路體積小、性能高的要求，以AD620和TL064為核心設計出由前置放大電路、無源高通濾波、二階低通濾波、陷波器和二級放大電路等組成的采集電路。前置放大電路的設計和參數的選擇抑制了噪聲，省去了通常采集電路中右腿驅動的部分；通過對二階濾波和陷波器的參數選擇和調試，得到較理想的濾波效果。A／D轉換是利用FPGA設計控制模塊來實現的，其他存儲、顯示模塊可以集中在FPGA上，增加了便攜設備的集中度。實驗和仿真結果表明，在簡單電路和參數下能夠得到對50 Hz頻率衰減幾乎為0，在1 000 Hz時衰減-40 dB，幅度放大1 000倍的心電信號。

　　隨著生活水平的提高，健康問題引起人們高度重視，尤其是對心臟疾病方面，因而從醫院大型設備到便攜式儀器，甚至各種遠程診斷設備，都有飛躍發展，而所有心電設備的基礎都是精確采集到心電信號。在大型設備中，對采集電路的性能要求嚴格，因此電路設計復雜，體積較大。在便攜式設備中，對采集電路要求性能和體積的統一。因此在便攜式自動心電診斷系統的項目背景下，設計出便攜式心電信號的采集電路。

　　1 心電圖產生機理

　　在人體內，竇房結發出一次興奮，按一定途徑和時程，依次傳向心房和心室，引起整個心臟興奮。因此，每個心動周期中，心臟各個部分興奮過程中出現的生物電變化的方向、途徑、次序和時間都有一定規律。這種生物電變化通過心臟周圍的導電組織和體液反映到身體表面上，使身體各部位在每一心動周期中也都發生有規律的生物電變化，即心電位。若把測量電極放置在人體表面的一定部位，記錄處心臟電位變化曲線，即常規心電圖(Electrocardiogram，簡稱ECG)。

　　2 系統結構

　　便攜式心電監護儀的目標是具備自動診斷心臟疾病的功能，同時便于家庭和旅行使用。這里主要給出便攜式心臟疾病自動診斷設備的前端部分，即信號采集和處理部分。心電信號的采集主要由放大、濾波等模擬電路完成。心電信號在FPGA控制下，實現信號的數字化，以便后續進一步處理和存儲，系統整體結構如圖1所示。