心電訊號採集電路的發展分析論文
【摘要】心電訊號是人類最早研究生物電訊號之一，並較早的應用到醫學臨床。本文根據心電訊號的低頻率、低幅值和人體高阻抗等特點，設計了一個用於心電訊號採集的電路。該電路主要由感測器電極、右腿驅動電路、前置放大電路、低通濾波電路、高通濾波電路、50Hz陷波電路以及後置放大電路組成。該電路較好的降低了共模訊號的干擾以及工頻干擾，可以採集到較好的心電訊號。
【關鍵詞】心電訊號；右腿驅動電路；濾波電路；放大電路
1.引言
心臟疾病是威脅人類生命的主要疾病之一。對心電訊號進行監護可以為心臟病患者的診斷提供重要的參考依據。心電訊號資料的採集和處理是心電監護的核心部分，採集到形態良好的心電訊號，對於後續電路的訊號處理效果有一定的影響。心電訊號是一種微弱的生理訊號，其頻率範圍一般是0.05～100Hz，電壓幅度範圍一般在0～5mV，具有高阻抗等特點，而且容易受到干擾。
因此，如何把干擾訊號濾除，並把訊號的幅值放大到後續電路需要的幅值大小是整個心電訊號採集的核心。
2.系統設計
心電訊號採集電路的系統框圖如圖1所示。先透過感測器電極從人體提取心電訊號，經過一個前置放大器後，再透過低通濾波電路和高通濾波電路把一些干擾訊號濾除，只留下心電訊號頻率段的訊號，接著經過50Hz陷波器，濾除工頻干擾，最後經過後置放大器把訊號的幅值放大到後續電路所需要的訊號幅值大小。
3.心電訊號提取
心電訊號提取電路如圖2所示。運放OP07構成右腿驅動電路，右腿驅動電路可以將人體共模訊號倒相放大後作用於右腿，在不損失心電訊號的頻率成分的情況下降低共模訊號的干擾。
儀器運放AD620構成前置放大電路，它的增益主要由管腳1和管腳8之間的電阻R6確定：
前置放大器的增益不能過大，所以選取前置放大器的增益A為10，因此R6≈5.6K。
4.低通濾波電路
心電訊號的頻率在100Hz以下，所以透過低通濾波電路把高頻的干擾訊號濾掉，其電路圖如圖3所示。電容C4和C5選取相同的電容值C，電阻R9和R10選取相同的電阻值R，該濾波電路的截止頻率為：
選取電容為1μF，可得知電阻約為1.6kΩ。
5.高通濾波電路
採用高通濾波電路濾除直流分量等低頻干擾訊號。電路圖如圖4所示。電容C6和C7取相同的值C，電阻R11和R12取相同的值R，該濾波電路的截止頻率為：
選取電容為1μF，可得知電阻約為：3.3MΩ。
6.50Hz陷波電路
採用陷波電路濾除50Hz的工頻干擾訊號，電路圖如圖5所示。該濾波電路的高階和低端截止頻率相等，且都為，取電容C8為0.1μF，可知電阻R13約為33KΩ。
7.後置放大電路
經過濾波電路濾除干擾訊號後的心電訊號在輸入後續處理電路之前，還需要滿足後續電路數字處理電路需要V量級的訊號幅值，因此心電訊號總的增益需要1000左右，而前置放大電路的電壓增益只有10，所以還需要增益為100左右的後置放大器進行心電訊號的'幅值的放大。後置放大電路如圖6所示，該電路為兩級反相放大器。第一級放大器的增益為，第二級放大器的增益為，R20為500KΩ的可調電阻，可用於調節後置放大電路總的增益大小以適合不同的後續電路的要求。
8.結束語
本文主要針對心電訊號的特點，採用運算放大器和儀用放大器設計了一個心電訊號的採集系統。該系統在能夠獲取心電訊號的基礎下，還考慮了使用右腿驅動電路來降低共模訊號以及使用50Hz的陷波電路濾除了工頻干擾，以便為心電監護等儀器提供較好的心電訊號。
參考文獻
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