心电监护系统信号调理电路的设计

    本文提出了一种基于 AVR 单片机的新型心电图仪系统。 该系统由监护终端（便携式心电监护仪）、无线网络合电源电路组成。 其中无线网络利用现代的通信网络和计算机网络，在监护终端提供接入装置就行，心电信号的采集处理是本文介绍的重点。

    1 硬件总体框图

    整个心电监护终端电路设计如图 1 所示，主要包括：①心电信号采集调理电路，该部分的硬件电路主要包括心电信号放大、滤波电路、ADC、可编程接口芯片 AT90S8515 和外部存储器；②远程通信部分，包括 MCU、GSM／GPRS 模块、SIM 卡和射频电路；③电源电路。

    2 信号调理电路

    2．1 陷波器的设计

    心电信号中的干扰以交流 50Hz 干扰最为严重， 工频干扰由周围的仪器设备及体内分布电容等引起， 为了去除人体或测试系统中产生的工频 50Hz 干扰，需用带阻滤波器加以抑制，带阻滤波器又称为陷波器。

    本电路是在有源双 T 网络的基础上增加一个运算放大器进行隔离，使其陷波性能得到明显改善。 适当增加 Q 值，不会影响陷波的稳定性，从而改善频率的选择性，能把 50Hz 的工频干扰抑制。

    根据系统要求，器件必须使低功耗、低噪声，我们查阅了手册，采用了四运算放大器 LM324。 LM324 是由四个运算放大器构成的，其输出级有短路保护装置，四运放之间具有良好的匹配性能和隔离性能， 隔离抑制比为 120dB， 可单电源和双电源供电， 内接频率补偿电路； 每一个运算放大器的工模抑制比达85dB（典型值 ），输入失调电流为 3nA，输入偏置电流为 90nA，开环电压增益为 100V／mV。

    2．2 放大器的设计

    2．2．1 放大器前置级的设计

    为了对心电信号进行各种处理， 必须首先把信号放大到所要求的强度。 由于人体的心电信号有微弱、低频、易受干扰、不稳定、随即等待点，这使得对心电放大器的设计有很苛刻的要求。放大器的核心是前置放大，所以本设计的重点是前置级的设计。

    心电信号的幅度低（0～5mv）且信息主要包含在低频范围内（0．05～100Hz）。 根据心电信号的这种特点以及通过电极的提取方式，心电信号的放大器前置级要求信号源内阻高达约 100kΩ，要求设计的放大器输入阻抗大于 10MΩ， 即信号源内阻与放大器输入阻抗相比小于 1／100， 这样各种因素造成的失真和误差均可减小到忽略不计， 再者高输入阻抗也是放大器的高共模抑制比的必要条件。

    为了满足提取心电信号的基本要求， 我们设计了三运放仪表放大电路作为放大器前置级。