基于微功耗IC设计功能更齐全心率监护仪(HRM)

当导联再次接上时，比较器的输出降至0 V，下降沿或 低电平可以触发中断。

　　微型转换器中的信号处理

　　图5显示了HRM的模拟输出。我们可以看到从220 V电力线 耦合而来的50 Hz噪声。采集到的信号可以通过微型转换器 中的数字陷波滤波器处理。为此，我们根据200 Hz的采样 频率，设计了一个二阶FIR滤波器。陷波滤波器采用极点 零点放置方法，用于抑制50 Hz干扰。

　　图5. 监护仪模拟输出端显示出从电力线耦合而来的噪声

　　MATLAB提供的FDATool工具（如图6所示）用于设计陷波滤 波器。在极点零点图中，将两个零点处于±π/2相位。对于 200 Hz采样速率，50 Hz成分将被消除。

　　图6. 数字陷波滤波器旨在消除噪声 （运用来自MATLAB的FDATool工具）

　　零点处于单位圆中—FIR的系数为整数—因此微型转换器的 计算负担大为减轻。

　　传递函数为：

　　2 H（z） = 1+ z2

　　可以将该传递函数转换为可编程递归算法，y［n］= x［n］+ x［n − 2］

　　其中：

　　n表示当前值 n-1表示前一时刻的值，依此类推。

　　根据系数，C代码如图7所示。

　　图8所示为数字陷波滤波器之后的ECG波形。50 Hz噪声已被消除。

　　图7. 陷波滤波器的C代码

　　图8. PC上显示的ECG波形（减去噪声）

　　表1. 试验结果符合容许读取误差标准

　　心率计算的精度

　　根据"心脏监护仪、心率仪和警报系统"标准ANSI/AAMI EC13:2002，容许的心率仪最小范围应为30 bpm至200 bpm， 容许的读数误差"不得大于输入速率的±10%或±5 bpm，以 较大者为准。" 该HRM设计利用Fluke MPS450多参数ECG仿真器以不同心 率在HRM板的输入端产生ECG信号。微型转换器对电路板 的输出进行采样并计算心率值，然后传输至PC显示出来。

　　功耗

　　HRM设计采用锂电池或纽扣电池供电，以便可以长时间用 在便携应用中，例如运动监护。应保证模拟前端能够采用 1.8 V到5 V的电压工作。 采用3.3 V电源时，模拟前端板的功耗为300 µA，微型转换 器的功耗为330 µA（使用1 MHz系统内部时钟）。HRM的总功 耗为660 µA。假设纽扣电池容量为50 mA，则可确保工作约 75小时—对便携式监护仪来说，这一续航时间已经非常了 不起—这在很大程度上要归功于低功耗IC。

　　本文提到的产品

　　产品 描述

　　AD8236 微功耗、零交越失真仪表放大器

　　AD8619 低成本、微功耗、低噪声CMOS RRIO四通道运算放大器

　　参考文献

　　AD8236，40 µA微功耗、零交越失真仪表放大器，ADI公 司，2009年。

　　ANSI/AAMI EC13:2002，"心脏监护仪、心率仪和警报系 统"，（美国）医疗器械促进协会。

　　Jon Firth和Paul Errico，符合ECG系统要求的低功耗、低电 压IC选择，《模拟对话》，第29卷第3期，1995年。

　　Reza Moghimi，通过迟滞根除比较器的不稳定性，《模拟 对话》，第34卷第7期，2000年。

　　Steve Sockolov，超低电压、微功耗放大器（VS 《 3 V， ISY 《 500 µA）—的选择与使用。《模拟对话》，第29卷第3期， 1995年。