一種便攜式心電信號采集系統的電路設計

　　3 采集心電信號

　　3．1 心電信號的特點

　　正常心電信號的幅值范圍為10 V～4 mV，典型值為1 mV。頻率范圍在0．05～100 Hz，而90％的頻譜能量集中在0．25～35 Hz之間。在檢測微弱的心電信號時還要注意到噪聲的抑制。這些噪聲主要有皮膚與電極接觸的極化電壓、其他生理信號的混入、電子器件的噪聲、無線電波和工頻干擾等。

　　根據心電信號非常微弱的特點，采集心電信號的前置放大電路需要具備高輸入阻抗、高共模抑制比、放大器低噪聲和低漂移等方面性能。

　　綜合考慮以上要求，這里選用放大器為AD620。AD620的輸入阻抗為10GΩ，增益為10時的共模抑制比為100dB，最大溫度漂移O.6μV／℃。從AD620的參數指標上看，適用于心電的前置放大電路。

　　3．2 導聯系統

　　從人體體表采集心電時，首先要考慮2個問題：一是電極的放置位置。二是電極與放大器連接形式。臨床上為了統一和便于比較所獲得的心電波形，對測定ECG的電極位置和與放大器的連接方式都做了統一規定，稱為心電圖的導聯系統，常稱導聯。廣泛認可的國際標準十二導聯，分別為I、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1～V6。其中I、Ⅱ、Ⅲ導聯為雙極導聯，其余為單極導聯。I、Ⅱ、Ⅲ導聯又稱肢體導聯，拾取左右臂和左腿的任兩者之間的電位差，所以是雙極導聯。雙極導聯不反映單電極的電位變化。單極導聯是一端接參考電極，另一端接探查電極，反映心臟局部電位變化。V1～V6便是一端接參考電極，一端的探查電極放在胸部的6個位置。aVR、aVL、aVF稱為加壓肢體導聯，是改變參考電極端，使信號幅度增加一倍的肢體導聯。

　　3．3 一級放大

　　心電信號一級放大器選用AD620，它在輸入阻抗、共模抑制比、低噪低漂移上具有出色的性能。另外，AD620采用差分放大，能夠有效地抑制噪聲。一級放大倍數不宜太大，因為在采集信號時可能產生電位波動和極化電壓及其他噪聲，給后續電路處理噪聲帶來不便，建議在7～lO倍。電路連接如圖2所示，另外，AD620的REF引腳接地。

　　3．4 濾波電路

　　由于心電信號的頻率在0．05～100 Hz，采集電路就需要設計濾波器除去該段頻率以外的噪聲頻率。濾波電路主要由高通濾波、低通濾波和50Hz陷波器組成。高通濾波器，采用簡單的CR無源高通電路(圖2)，能有效阻斷直流通路，消除基線漂移，而基線漂移主要是由呼吸引起。為了達到理想的濾波效果，對大于截止頻率的信號，有較嚴格的衰減，設計了二階低通濾波器，如圖2所示。

　　對電路進行實際測試計算得到以下數據，如表1所示。表1中，衰減為電路測試數據，“Filterlab”為軟件仿真的數據，從數據對比上看，實際計算數據和仿真數據基本一致。

　　圖3給出了二級有源濾波器的幅頻曲線及相頻曲線。其中曲線A為幅頻曲線，曲線B為相頻曲線。