心电图仪电路设计及仿真

    1 引言

    众所周知,目前心血管疾病是危害人类健康的一种较常见疾病,而检测心电信号是诊断心血管疾病的主要依据,因此实时监测病人心电活动,设计采集病人心电信号的系统具有重要的意义。

    2 心电信号的特点

    由于心电信号属医学生物信号,一般具有以下两个个特点:其一心电信号的随机性较强,即信号无法用确定的函数进行描述,所以用统计的方法通过大量测量数据中看其规律;其二噪声背景强,即要抗干扰。心电信号的频带范围一般是0.05～100Hz。所以要对心电信号进行精确测量,必须设计出性能优良的放大器。

    3 心电信号的传感、放大及滤波

    3.1 心电输入电级

    采集记录心电信号,采用电极导电性能好、电极应贴附力强、透气性好、吸汗、极化电压低的优质电极,此外还应该具有拆卸方便、对皮肤刺激小、佩戴舒适等特点。通常采用表面镀有AgCI可拆卸的一次性软电极,还需要在电极上涂有优质导电膏。

    3.2 心电信号的放大

    本设计中的放大器主要是用来放大心点信号。放大器的放大倍数大约为5000倍左右,主要是为了满足模拟滤波和A/D采样的需要。本设计的放大采用二次放大。第一次放大倍数为10倍,是为了满足模拟滤波器滤波的。如果信号太小,滤波器根本达不到所要滤波的效果;太大则会使滤波器电路电流过大,影响滤波效果。主放大电路(二次放大 )的倍数位 500倍 ,使其满足单片机A/D采样的最佳效果。

    本次放大器设计选用高精度的INAl05做为主体器件,具有低输入偏置电流、低噪音、较高建立时间、低功耗等特性,其共模抑制比可达130dB,所以非常适合作为医疗仪器在前置放大器上使用。其增益可调(范围 约 1～ 1000倍 ),并 可 由 公 式 可 知 :G=(R+25000)／25000,

    同时为防止置放大器工作在饱和区或截止区,其增益不能过大。经验证10倍左右效果较好。

    由于心电信号幅度约为0～2mV,而A／D转换输入信号要求1V左右,因此,整个信号电路的放大倍数大约需1000倍左右。其前置放大约10倍左右,故本级放大倍数设计为100倍左右,即G=1+R／25000,整个放大电路刚好能满足设计处理信号的基本要求。

    3.3 心电信号的滤波

    本设计滤波采用的是模拟滤波电路。从心电电极得到的心电信号先要经过前置放大电路,被处理后的心电信号主要受到工频、肌电等信号的干扰。通过陷波电路和滤波后就可以得到较为光滑的波形。电路如下图所示(如图1)