1 人體心電信號(hào)的特點(diǎn)
心電信號(hào)屬生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，具有如下特點(diǎn)：
(1)信號(hào)具有近場(chǎng)檢測(cè)的特點(diǎn)，離開人體表微小的距離，就基本上檢測(cè)不到信號(hào);
(2)心電信號(hào)通常比較微弱，至多為mV量級(jí);
(3)屬低頻信號(hào)，且能量主要在幾百赫茲以下;
(4)干擾特別強(qiáng)。干擾既來自生物體內(nèi)，如肌電干擾、呼吸干擾等;也來自生物體外，如工頻干擾、信號(hào)拾取時(shí)因不良接地等引入的其他外來串?dāng)_等;
(5)干擾信號(hào)與心電信號(hào)本身頻帶重疊(如工頻干擾等)。
2 采集電路的設(shè)計(jì)要求
針對(duì)心電信號(hào)的上述特點(diǎn)，對(duì)采集電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析如下：
(1)信號(hào)放大是必備環(huán)節(jié)，而且應(yīng)將信號(hào)提升至A/D輸人口的幅度要求，即至少為“V”的量級(jí);
(2)應(yīng)盡量削弱工頻干擾的影響;
(3)應(yīng)考慮因呼吸等引起的基線漂移問題;
(4)信號(hào)頻率不高，通頻帶通常是滿足要求的，但應(yīng)考慮輸入阻抗、線性、低噪聲等因素。
3 采集電路設(shè)計(jì)分析過程
3.1 前級(jí)放大電路設(shè)計(jì)
由于人體心電信號(hào)的特點(diǎn)，加上背景噪聲較強(qiáng)，采集信號(hào)時(shí)電極與皮膚間的阻抗大且變化范圍也較大，這就對(duì)前級(jí)(第一級(jí))放大電路提出了較高的要求，即要求前級(jí)放大電路應(yīng)滿足以下要求：
高輸入阻抗;高共模抑制比;低噪聲、低漂移、非線性度小;合適的頻帶和動(dòng)態(tài)范圍。
為此，選用Analog公司的儀用放大器AD620作為前級(jí)放大(預(yù)放)。AD620的核心是三運(yùn)放電路(相當(dāng)于集成了三個(gè)OP07運(yùn)放)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
該放大器有較高的共模抑制比(CMRR)，溫度穩(wěn)定性好，放大頻帶寬，噪聲系數(shù)小且具有調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)，是生物醫(yī)學(xué)信號(hào)放大的理想選擇。根據(jù)小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)原則，前級(jí)的增益不能設(shè)置太高，因?yàn)榍凹?jí)增益過高將不利于后續(xù)電路對(duì)噪聲的處理。
根據(jù)上面的分析，前級(jí)放大電路按圖2設(shè)計(jì)，并先運(yùn)用Multisim 2001仿真。
仿真過程采用O.5 MV，1.2 Hz的差分信號(hào)源為模擬心電輸入來模擬電路的放大過程，結(jié)果滿足要求。
