基于USB2.0的心电图数据采集仪器研究

　　心电是生物体各种电活动中较强的一种,在体表可达mV级,具有低频交变特性。心电图(Electrocar2diogram———ECG)是对心脏产生的体表电活动的记录,通过安放在指定位置的体表电极采集,其特征为6个以字母排序的波峰和波谷,依次对应P、Q、R、S、T和U。如果心脏的传导系统发生障碍或某部分心肌发生病变,心电活动的变化能正确及时地反映在心电图上,表现为各个波形的异常变化和进行性演变过程。心电测试的理论发展比较早,也相对完善,由标准的12导联心电信号可以诊断大部分的心脏疾病。对于心电采集的设备也有相对实用的电路,其结构大多是由前置放大级、带通滤波、程控放大、模数转换和主机接口等几部分组成[1],由于USB 2. 0协议的出现,以USB(U2niversalSerialBus)设备作为与主机通信的接口,使得数据的传输更简单方便并且更迅捷,并赋予模数转换更大的灵活性,同时对控制器也提出了较高的要求。

　　1　USB 2. 0协议

　　USB以其方便的即插即用和热插拔特性以及较高的传输速度,在推出之后得到了迅速发展。2000年4月, Compaq、Intel、Microsoft等公司联合推出通用串行总线(UniversalSerialBus)新规范USB 2. 0,这种新规范增加了总线的传输速率,USB 1. 1支持的最大传输速率为12 Mbps,而USB 2. 0增加了一种全新速率480Mbps,称为高速USB,传输速度提高了40倍,从而大大扩展了应用范围。2001年6月, Compaq、Intel、NEC等联合推出了适应USB 2. 0的新的主控制器接口规范,即增强型主控制器接口EHCI(EnhancedHostController Interface)。

　　2　基于EZ2USB FX22的心电信号数据采集系统设计

　　ECG信号频率范围为0. 01~250 Hz(标准临床应用ECG带宽为0. 05~100 Hz),体表电压为0~4 mV左右。特征频率低、变化缓、信号弱。记录的条件是信号来自活体,信号源阻抗较高,常伴随着较强的背景噪声和干扰[1-2]。基本要求有:

　　1)高增益———心电放大器的电压增益,一般在80 dB~120 dB之间。

　　2)高共模抑制比———心电放大器必须具有好的抗干扰能力,一般需要有60 dB以上的CMRR。

　　3)高输入阻抗———一般不小于2MΩ,有的可达100MΩ,否则所测信号会产生很大误差,同时也会降低整机的抗干扰能力。

　　4)低噪声———若心电放大器本身噪声较高,可能会将有用的微弱信号淹没。心电放大器输入噪声在μV级。

　　5)低漂移———漂移经中间级和功率级放大,会影响记录,因此要求前置放大器因温度引起的零点漂移尽可能小。

　　6)高安全性。

　　7)宽的线性工作范围等。本仪器的结构框图如图1所示:系统的主要器件及接口如下:

　　2. 1　EZ2USB FX22芯片