基于ARM7的单电源心电信号采集系统设计与实现

　　0　引　　言

　　一个好的心电采集电路是心电图机设计的前提和基础,目前常用的心电采集电路大多设计复杂,一般都是双电源或者多电源供电,采用硬件电路滤波方法,虽然效果较好,但成本较高,不适合小型的便携式心电处理设备[1]。本文给出的设计电路结构简单,采用3.3 V单电源供电,在基于ARM核的嵌入式系统中采用了软件滤波算法,省掉了常用心电采集电路中的威尔逊电阻网络,导联选择,有源双T带阻滤波、光电隔离等电路。同时,ARM处理器还可以对采集到的心电信号进行A/D转换,R波检测,心率计算,心率失常分析等实时处理[2]。

　　1　系统框图

　　心电采集电路前端由传感器、保护电路、滤波电路、前置放大电路、右腿驱动电路和主放大电路组成,采集电路后端由ADI公司的基于ARM7 TDMI核的MCUADuC7026来对心电信号进行A/D转换,50Hz滤波等处理。系统框图如图1所示。

　　利用体表电极获得的心电信号幅度在0.5~4 mV,临床心电信号的标准带宽为0.05~100 Hz[3]。心电信号含有的主要噪声源为电源工频干扰(50 Hz),工频干扰噪声的消除对于微弱心电信号的采集是非常重要的,在电路设计中,将主要通过数字滤波的方法来消除工频干扰,同时结合简单模拟滤波电路、共模抑制电路,屏蔽电路等消除干扰噪声。

　　2　电路设计

　　2.1　采集电路前端

　　2.1.1　高频噪声滤波电路

　　由心电传感器从人体采集的心电信号可能含有大量的高频噪声干扰,因此在进入前置放大器之前,要经过一个截止频率为200 Hz的二阶低通滤波器滤除高频噪声,同时这也提供了心电信号的直流通道。每个通道的两个串联电阻还可以起到限流作用。

　　电路采用3.3 V单电源供电,病人最大的漏电流应该小于10μA,所以R1+R3≥330 kΩ,为留有余量,选择的值为500 kΩ.

　　取R₁=200 kΩ,R₃=300 kΩ,C₁=C₂.

　　所以C=1.59 nF,实际电路中取

　　C₁=C₂=C₃=C₄=1.5 nF

　　2.1.2　前置放大和右腿驱动电路

　　前置放大和右腿驱动电路如图3所示。前置放大级选用高精度、低功耗、三运放结构的高性能仪器放大器AD623[4],AD623通过提供极好的随增益增大而增大的交流共模抑制比(AC CMRR)而保持最小的误差,线路噪声及谐波。低功耗(3 V时1.5 mW)、宽电源电压范围(+3~+12 V)、高共模抑制比、高输入阻抗、较高的差模增益、满电源幅度输出等优点使AD623成为单电源供电心电信号采集电路的理想选择。