基于ADS1294便携式心电仪硬件设计

　　随着现代社会经济的高速发展、人们生活水平的不断提高，人类却面临着不曾有过的心理压力，身心的负荷长期处于超载状态，这一切使心脏疾病逐渐成 为威胁人们健康甚至生命重要杀手之一。因此，大家越来越重视健康监护，HHCE(家庭医疗保健工程) 与远程医疗也随之兴起。心电图ECG作为人体重要的生理参数，通过长期监测它，本文提出了一种可用于日常心电监护的高集成度便携式心电检测仪硬件电路设计 方式。

　　1 总体结构

　　心电信号是心脏电活动在人体体表的一种表现，信号极其微弱，频谱范围在0.05～200Hz之间，电压幅值为 0～5mV，信号源的阻抗为数千欧到数百千欧。此外，心电信号测量条件相当复杂，易受到电极接触噪声、50Hz工频干扰和基线漂移等多种体内外干扰。因 此，模拟电路部分性能的优劣将成为整个心电系统设计的关键。完整的心电采集系统包括模拟和数字两部分，其中模拟部分主要完成心电信号的采集、放大和滤波等 模拟预处理;数字部分对模拟部分获得的心电信号加以分析与处理，得到数字化的心电数据，以便医护人员得出正确的诊断结果。

　　心电采集系统总体框图如图1 所示。首先，将由电极采集到的心电信号，先通过ADS1294 模拟前端将微弱的心电信号高保真适当地放大，并通过高分辨率ADC进行A/D转换，然后通过SPI传输协议回送至STM32，由STM32 对信号进行相应滤波算法处理并显示，以及通过USB传送至上位机。低电压电源模块为基于ADS1294 的前端采集电路及控制器提供模拟、数字电压。

　　2 ADS1294 高集成前端简介及电路设计

　　ADS1294 是一个低功耗、4 通道、同时采样、24 位、△- ∑型模数转换器(ADC) 芯片，带有内置的可编程增益放大器(PGA)，内部基准电路和一个振荡器。其内部还高度集成了输入多路复用器(MUX)、EMI滤波电路、低通滤波器 (LPF)，右腿驱动电路 (RLD)和数字PACE检测，导联脱落检测、参考电压等。

　　通过标准I导联将人体接入心电采集系统：左上肢(LA) 接输入正极(IN1P)，右上肢(RA) 接输入负级(IN1P)，右腿(RL) 作为驱动接到右腿驱动输出端(RLD_OUT)。

　　通过EMI滤波器，对采集到的信号进行初步滤波，再进入多路输入复用器(MUX)，通过寄存器对各功能进行选择，本设计选择 MUX[2∶0]=000，使得以普通信号输出方式输出，再进入可编程放大器(PGA)。内部的PGA部分具有短输入差分放大的作用，由于心电信号峰值本 身就很小，为避免干扰信号经高放大后出现饱和，所以采用12倍低放大。经过PGA后的信号经过24 位ADC由模拟信号转换成数字信号，数据再放入控制寄存器中。信号经过PGA差分放大后，同时可以作为右腿驱动电路的输入信号。其输出端接至人体的右下 肢，以减少共模干扰。采用控制器STM32 通过SPI接口来控制ADS1294 内部各寄存器，以实现数据读取。