基于高精度通用运算放大器的简易心电图仪设计

　　1 方案论证

　　基本电路如下所示(如图 1 )，先将心电信号放大，再滤去高频杂波和 50HZ 工频干扰，最后经模数转换存入存储器，需要时读 出 。

　　1.1 微小信号的放大

　　方案一: 同向并联式高阻测量放大器，线路前级为同向差动放大结构，要求两运放的性能完全相同。这样，线路除具有差模、共模输入电阻大的特点外，两运放的共模增益，失调及漂移产生的误差会相互抵消，因而不需精密仪器匹配电阻。后级的作用是抑制共模信号，并将双端口输出转换为单端口输出，以适应接地负载的要求，后级的电阻精度则要求匹配。 增益一般是前级增益大于后级增益。(如图 2 )

　　方案二：在方案一的基础上，选用美国前 B u r r - B r o w n 公司 I N A 系列放大器I N A 1 2 8 。它是集成差分放大器，特性优良，体积小，可用一个外部电阻方便地从 1到 10000 设定增益，可以在低至±2.25V 的电源电压下工作并且静态工作电流很小，使得它能够广泛应用于信号采集放大、医用仪器及多通道系统等很多领域。

　　综上分析与比较，方案二采用集成芯片效果更佳，故本设计选用方案二。

　　1.2 抗干扰电路

　　方案一：利用四阶压控电压源陷波电路滤去 50Hz 信号。

　　方案二：利用二阶无限多增益反馈电路带阻滤波。

　　方案三：利用右脚驱动屏蔽电路，可抗50Hz 干扰和减小屏蔽线共模电容造成的影响，且不会损失心电信号的 50Hz 频率成分。

　　方案一和方案二都可以很好的陷波，但压控电压源陷波的品质因数 Q 一般不能大于10，二阶无限多增益反馈电路带阻滤波的 Q值，一般不超过 2 5 。所以，方案二较好。为了达到更好的效果，同时使用方案二和方案 三 。

　　1.3 隔离电路

　　所谓隔离，就是在信号传输电路中，在保证信号传输通畅的前提下，同时切断输出电路与输入电路之间在电气上的直接联系。在高精度测量中消除共模电压，地回路对测量精度的影响。隔离分为调制型隔离和光电型隔离两大类。由于在没有采用隔离电路的情况下，调试结果比较理想，故舍弃此电路。

　　1.4 波形存储与显示

　　由于波形储存和显示控制并不复杂，为了节省编程所耗费的时间，我们选用不使用单片机，而是用独立存储器 6264 存储数字信号，计数器 4040 为存储器提供地址输入，用逻辑控制器件对 A / D 和 D / A 转换器进行控制。

　　2 原理分析与参数计算

　　2.1 放大电路

　　差动电路的理想闭环增益和共模抑制比分别为：