便携式心电仪中模拟电路的设计

　　1引言

　　心电信号是一种低频微弱信号,其幅度范围为10μV~3mV,频率范围是0.05Hz~100Hz,并且作为心电的信号源,即人体源的阻抗一般 较大,可达几KΩ~几十KΩ,这些都将给心电信号的采集带来困难和误差。此外在信号的提取过程中还易受到供电网络中的50Hz工频干扰、电极的极化干扰、 肌电干扰和高频电磁干扰等体外干扰。因此如何有效地提取心电信号并抑制各种干扰将成为心电监测系统设计是否成功的关键。

　　2心电采集模块的总体设计

　　心电监测系统通常包括两部分:即心电采集模块和心电处理模块。其中心电采集模块是由模拟电路搭建的,其目的是进行模拟信号的采集和滤波处理。而 心电处理模块是对经A/D转换后的数字心电信息进行更深一步的处理,并将其输出到LCD上。因此心电采集模块在整个系统中占有非常重要的地位。

　　由于心电传感器(导联)采集的心电信号比较微弱,如果直接对其放大,那么放大倍数势必很大,这样会造成有用信号中的一些小信号被噪声信号淹没。 所以要对采集到的信号进行多级放大并加以滤波、陷波等技术处理。这样才能得到适合临床应用的心电信号。其总体设计框图如图1所示。

　　3心电采集电路的硬件设计及功能介绍

　　3.1心电传感器------导联

　　导联是用来摄取人体心电信号的金属导体,也称作引导电极。它的阻抗,极化特性、稳定性等对测量的精确度影响很大。为了准确、方便地记录心电信 号,本设计采用目前国内外广泛使用的银~氯化银引导电极。使用时,可在电极片和皮肤之间充满导电膏使之形成一薄层电解质来传递心电信号,从而有效的减小由 于电极片与皮肤直接接触所造成的极化电压。

　　3.2前置放大和右腿驱动电路的设计

　　考虑到心电信号自身的特点,本设计使用输入端采用超β处理技术,具有低输入偏置电流、低噪音、高精度、低功耗、高共模抑制比的AD620芯片,它非常适合作为医疗仪器前置放大器。而其它运放单元则选用普通四运放LM324。

　　该单元的主要功能是:前置放大电路用来对采集到的心电信号进行前置放大,而右腿驱动电路则用以消除共模工频干扰。其电路设计如图2所示:

　　U₁、U₂为电压跟随器,用于稳定输入信号,提高输入阻抗,提高共模抑制比。而R₁、R₂为限流电阻,用于保护输入级,同时对患者也起到一定的保护作用。 U₃将 检出的人体共模信号来驱动导联线屏蔽层,以消除分布电容,并进一步提高共模抑制比。以U4为核心的电路是右腿驱动电路。该电路是心电信号提取中非常有用的 电路。它可以使50Hz的工频干扰降低到1%以下,而且不会将心电信号中的50Hz有用信号滤除。右腿驱动电路的实质是共模电压并联负反馈电路,它通过电 阻R₃和R₄将取出的交流共模电压(低通频带内的信号),送入右腿驱动放大器反相放大,再输出到病人的右腿电极上作为浮地的参考端,使人体的电位始终保持在零电位。由于反馈电路可能引入了交流电流,为保护患者这里加入了限流电阻R₀。