一种心电信号采集放大电路的简单设计方法图文Word格式文档下载.docx
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(BaoshanT姐cher5,college,B∞shn,678000,Chi眦
Abstract:
Electrocardiosignal(ECSisakindofmedicalsigIlalwithstrongnoiseandneedsbetteramplifiertos啪plingit,byusingICAD620andoP07,asimpleECSampIifierisdesigned,italsoincludesanoisecontrolunit,experimentsshowitissensitivetoECS,outputamplitudeis朗oughandlowpowerisneeded,thiscircuitcanbeusedinthedomainofmovingECSde—tectingsystem,allthefunctionofcircuitistestedandrealizedinthepapeL
Keywords:
ECS;
acquisition;
amplifier;
circuitdesign
1人体心电信号的特点
心电信号属生物医学信号,具有如下特点[1训:
(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;
(2心电信号通常比较微弱,至多为mV量级;
(3属低频信号,且能量主要在几百赫兹以下;
(4干扰特别强。
干扰既来自生物体内,如肌电干扰、呼吸干扰等;
也来自生物体外,如工频干扰、信号拾取时因不良接地等引入的其他外来串扰等;
(5干扰信号与心电信号本身频带重叠(如工频干扰等。
2采集电路的设计要求
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:
2008—10—07
基金项目:
保山师专校级基金资助项目(08B004K
104
(4信号频率不高,通频带通常是满足要求的,但应考虑输入阻抗、线性、低噪声等因素。
3采集电路设计分析过程
3.1前级放大电路设计’由于人体心电信号的特点,加上背景噪声较强,采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大,这就对前级(第一级放大电路提出了较高的要求,即要求前级放大电路应满足以下要求[5]:
高输入阻抗;
高共模抑制比;
低噪声、低漂移,非线性度小;
合适的频带和动态范围。
为此,选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放。
AD620的核心是三运放电路[6](相当于集成了三个OP07运放,其内部结构如图1所示。
图1AD620生物医学放大嚣的内部结构简图
该放大器有较高的共模抑制比(CMRR,温度稳定性好,放大频带宽,噪声系数小且具有调节方便的特点,是生物医学信号放大的理想选择。
根据小信号放大器的设计原则,前级的增益不能设置太高,因为前级增益过高将不利于后续电路对噪声的处理。
根据上面的分析,前级放大电路按图2设计,并先运用Multisim2001仿真‘71。
V
图2前级放大电路的原理图
仿真过程采用0.5MV,1.2Hz的差分信号源为模拟心电输入来模拟电路的放大过程,结果满足要求。
3.2次级放大电路(信号放大
第二级放大电路主要以提高增益为目的,选用普通的ADOP07即可满足要求。
3.3高通滤波器(消除基线漂移
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大电路之间,一个简单的无源高通滤波电路如图3所示。
Cj
接预放输出I
—--1
4,7
图30.03Hz高通滤波电路
其特征频率(转折频率计算为:
1
.^2赢一矾034Hz(1
经过高通滤波后,可以大大削弱O.03Hz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取该频率。
3.4补偿电路(抵消人体信号源中的各种噪声
引入补偿电路,是为了抵消人体信号源中的干扰(包括工频干扰。
引入补偿电路的方法:
在前级放大电路的反馈端与信号源地端建立共模负反馈,为提高电路的反馈深度,将反馈信号放大后(仍采用OP07接人信号源参考端,这样可以最大限度地抵消工频干扰。
引入的这种电路形式,根据其结构和功能,可形象地将其称为“反馈浮置跟踪电路"
[3‘。
3.5整个电路系统的框图结构
整个电路系统的原理框图及信号流程如图4所示。
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:
Au。
=1+鱼妄≠蔓一7.6(2第二级放大:
Am一1+鲁一101伽总增益:
Au—AulAu2△767(4实际增益由于高通滤波及其他损耗的存在,要比理论估算值略小,但已满足放大输出的要求。
图5综舍电路图
4电路性能的实验验证
按图5搭建电路,采用虚拟仪器LabVIEw8.2系统‘¨
引,通过NI的USB一6009DAQ[101采集电路输出的心电信号,结果如图6所示(为便于对比,采用了相同的坐标刻度。
在图6中,图6(a为不加反馈浮置部分时采集到的信号波形,可以看出,干扰很大,其中的主要干扰为】05
50Hz的工频干扰;
图6(b为加上反馈浮置电路部分后采集到的心电波形,其基线附近的仍有部分纹波干扰,但较图6(a不加反馈浮置时得到的波形已大为改善,可见加上反馈浮置电路对降低人体中干扰信号有很大帮助。
至于仍残留的工频干扰,可在系统后续部分采用有关滤波技术进一步加以抑制,这里不再讨论有关工频干扰的进一步滤波问题。
5结语厨6实验中采集到的心电波形
现心电信号的放大,电路功耗小,灵敏度高,理论上最低只需3V的电源,可由外接电池提供,容易实现基于移动式设备(如笔记本电脑为核心的心电信号采集及处理,是一种实用的心电信号前端采集放大电路(信号的进一步优化可在采集后由软件进行调理。
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4—7.作者简介黄进文男,1972年出生,云南腾冲人,副教授,工学硕士。
研究方向为电子信息科学。
FPDChina2009巾国单祓展会
2009年3月13日,FPDChina2009在上海国际展览中心落下帷幕,本次会展汇集了众多国内终端产品生产商以及国际知名原材料、面板生产商,是一次热点汇集且具有前瞻性的大型会展。
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106低功耗液晶及倡导的绿色理念都让人看到了企业新品开发的前沿方向。
配合先进节能技术的IPS硬屏既保持了其色彩准确自然,可视角度大的传统优势,也顺应了国家“节能减碳”政策的号召。
AU0和CMO两家面板企业主要以240Hz倍驱技术为主打,通过独特的运动画面补偿模式,使得屏幕的响应时间缩减至2.4ms,从而达到240Hz的画面刷新率,大幅改善了液晶动态画面拖尾的状况。
本次展会以绿色为基础,以终端效果为目的,对平板行业各个产业层次进行了一次大规模的预览和前瞻,随着未来平板显示技术的发展,各种新型显示设备、材料如0LED的开发和实用,以及各种平板显示设备大规模的商业化使用,来年的FPD展必将带给我们更多精彩。
(本刊记者:
马健
作者:
黄进文,HUANGJinwen
作者单位:
保山师范高等专科学校,云南,保山,678000
刊名:
现代电子技术
英文刊名:
MODERNELECTRONICSTECHNIQUE
年,卷(期:
2009,32(7
被引用次数:
4次
参考文献(11条
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6.朱大缓.郭育华.汪公社.ZHUDa-huan.GUOYu-hua.WANGGong-she便携式心电检测放大电路设计[期刊论文]-医疗卫生装备2008,29(5
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