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1、测控技术心电信号放大电路(4)信号频率不高,通频带通常是满足要求的,但1人体心电信号的特点应考虑输入阻抗、线性、低噪声等因素。[124]心电信号属生物医学信号,具有如下特点:3采集电路设计分析过程(1)信号具有近场检测的特点,离开人体表微小的距离,就基本上检测不到信号;3.1前级放大电路设计(2)心电信号通常比较微弱,至多为mV量级;由于人体心电信号的特点,加上背景噪声较强,采(3)属低频信号,且能量主要在几百赫兹以下;集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大,这(4)干扰特别强。干扰既来自生物体内,如肌电干就对前级(第一级)放大电路提
2、出了较高的要求,即要求[5]扰、呼吸干扰等;也来自生物体外,如工频干扰、信号拾前级放大电路应满足以下要求:取时因不良接地等引入的其他外来串扰等;高输入阻抗;高共模抑制比;低噪声、低漂移、非线(5)干扰信号与心电信号本身频带重叠(如工频干性度小;合适的频带和动态范围。扰等)。为此,选用Analog公司的仪用放大器AD620作为[6]前级放大(预放)。AD620的核心是三运放电路(相2采集电路的设计要求当于集成了三个OP07运放),其内部结构如图1所示。针对心电信号的上述特点,对采集电路系统的设计分析如下:(1)信号放大是必备环节,而且应将信号
3、提升至A/D输入口的幅度要求,即至少为“V”的量级;(2)应尽量削弱工频干扰的影响;(3)应考虑因呼吸等引起的基线漂移问题;收稿日期:2008210207基金项目:保山师专校级基金资助项目(08B004K)图1AD620生物医学放大器的内部结构简图104《现代电子技术》2009年第7期总第294期þ测试·测量·自动化ü该放大器有较高的共模抑制比(CMRR),温度稳定的反馈深度,将反馈信号放大后(仍采用OP07)接入信性好,放大频带宽,噪声系数小且具有调节方便的特点,号源参考端,这样可以最大限度地抵消工频干扰。引入是生物医学信号放大的理想选择
4、。根据小信号放大器的这种电路形式,根据其结构和功能,可形象地将其称[3]的设计原则,前级的增益不能设置太高,因为前级增益为“反馈浮置跟踪电路”。过高将不利于后续电路对噪声的处理。3.5整个电路系统的框图结构根据上面的分析,前级放大电路按图2设计,并先整个电路系统的原理框图及信号流程如图4所示。[7]运用Multisim2001仿真。图4电路整体结构3.6实际电路系统原理图最后的综合电路如图5所示。图中U1单元为AD620前置放大;U2为反馈浮置跟踪部分;U3为第二级放大输出部分。该电路的增益估算为:第一级放大:R1+R2AU1=1+=7.6
5、(2)图2前级放大电路的原理图R3仿真过程采用015MV,112Hz的差分信号源为模第二级放大:拟心电输入来模拟电路的放大过程,结果满足要求。R4AU2=1+=101(3)R63.2次级放大电路(信号放大)总增益:第二级放大电路主要以提高增益为目的,选用普通AU=AU1AU2l767(4)的ADOP07即可满足要求。实际增益由于高通滤波及其他损耗的存在,要比理3.3高通滤波器(消除基线漂移)论估算值略小,但已满足放大输出的要求。在电路部分加上简单的高通滤波环节,对隔断直流通路和消除基线漂移将会起到事半功倍的效果,本部分电路置于预放大与信号放
6、大电路之间,一个简单的无源高通滤波电路如图3所示。图30103Hz高通滤波电路其特征频率(转折频率)计算为:图5综合电路图1f0==01034Hz(1)2πR9C34电路性能的实验验证经过高通滤波后,可以大大削弱0103Hz以下因呼吸等引起的基线漂移程度,心电信号低频端也就相应地按图5搭建电路,采用虚拟仪器LabVIEW812系[4,8,9][10]取该频率。统,通过NI的USB26009DAQ采集电路输出的3.4补偿电路(抵消人体信号源中的各种噪声)心电信号,结果如图6所示(为便于对比,采用了相同的引入补偿电路,是为了抵消人体信号源中的干
7、扰坐标刻度)。(包括工频干扰)。引入补偿电路的方法:在前级放大电在图6中,图6(a)为不加反馈浮置部分时采集到路的反馈端与信号源地端建立共模负反馈,为提高电路的信号波形,可以看出,干扰很大,其中的主要干扰为105测控技术黄进文:一种心电信号采集放大电路的简单设计方法50Hz的工频干扰;图6(b)为加上反馈浮置电路部分后现心电信号的放大,电路功耗小,灵敏度高,理论上最低采集到的心电波形,其基线附近的仍有部分纹波干扰,只需3V的电源,可由外接电池提供,容易实现基于移但较图6(a)不加反馈浮置时得到的波形已大为改善,动式设备(如笔记本电脑)为核心
8、的心电信号采集及处可见加上反馈浮置电路对降低人体中干扰信号有很大理,是一种实用的心电信号前端采集放大电路(信号的帮助。至于仍残留的工频干扰,可在系统后续部分采用进一步优化可在采集
