智能医疗健康监测系统电路设计—电路图天天读（294）

　　目前， 国内各大医疗器械厂和科研单位都在心电监测系统的开发上投入了大量的资源，并且都开发了各具特点的心电监测系统产品。电子医疗技术的突飞猛进以及临床医学的相互促进，已经出现了各种各样的心电监测产品，常见的有床边心电监测、动态心电监测、电话心电监测和天线心电监测等。

　　对于心电信号的采集，采用标准导联方式进行采集。心电信号是一种微弱的电信号，要先利用前置放大电路将信号放大 8 倍。由于人体信号源中存在各种噪声干扰，为了抵消这些干扰，可以设计一个补偿电路。对于放大以后的信号，让它通过滤波电路进行滤波。 心电信号中存在 0.05Hz 以下的频率信号、 105Hz 以上的频率信号和 50Hz的工频干扰信号，需要让心电信号依次通过低通滤波器、高通滤波器和带阻滤波器，经过滤波电路以后的信号变的比较干净。然后为将心电信号放大到伏特级别，让其通过一个主放大电路。同时，为了便于单片机和ADC0808 的信号采集和处理，可以让心电信号通过一个加法器电路，将波形提升到 0V 以上。然后通过显示电路让经过单片机处理的信号显示在液晶屏上。整个系统的结构图如图1 所示。

图1 系统结构图

　　硬件电路设计

　　心电信号采集电路的设计

　　临床上心电信号主要从体表收集， 检测时将测量电极安放在体表相隔一定距离的两点，电极通过多股绝缘芯线绞成的屏蔽线与心电监护仪的放大器相连，测量出电极在体表的电位差就是心电信号，描成曲线就是心电图。在测定心电信号波形时，电极安放的位置以及导线与放大器连接的方式，称为心电仪的"导联"。

　　标准导联直接把两个肢体的电位加到心电放大器的输入端， 所描述的波形即为两点电位差的变化。

　　标准Ⅰ导联：右臂（RA）接放大器反相输入端（-） ，左臂（LA）接放大器同相输入端（+） ，右腿（RL）作为参考电极，接心电放大器的参考点。

　　标准Ⅱ导联：右臂（RA）接放大器反相输入端（-） ，左腿（LL）接放大器同相输入端（+） ，右腿（RL）作为参考电极，接心电放大器的参考点。

　　标准Ⅲ导联：左臂（LA）接放大器反相输入端（-） ，左腿（LL）接放大器同相输入端（+） ，右腿（RL）作为参考电极，接心电放大器的参考点。本课题采用标准Ⅰ导联方式，右腿（RL）的参考电极连接补偿电路。

图2 信号采集电路输入端示意图

　　在本次的设计中，采用标准Ⅰ导联方式，即如图2所示，IO1 端作为参考电极接右腿，IO2 端接左臂，IO3 端接右臂。

　　前置放大电路的设计

　　本设计中的前置放大电路采用集成仪表放大器 AD620。因为本次设计所要处理的电信号比较微弱， 而且对其波形质量要求较高， 要求具有高输入阻抗， 高共模抑制比，低噪声和低漂移。 所以在本次设计中可以选用集成仪表放大器 AD620 来进行前置放大电路的设计。

　　AD620 芯片简介

　　AD620 内部由三个放大器共同组成，其引脚图如图 3 所示。在使用中，芯片 1、8 脚接 Rx，4、7 脚接正负相等的工作电压，2、3 接输入的弱电压信号，6 脚为输出引脚，5 脚为参考基准。

图3    AD620管脚图

　　本设计可以通过调整 Rx 的大小来调整 AD620 的增益值， 其增益可以通过公式1进行计算。

　　AD620 增益范围是 1～1000。它具有低耗电，精确度高，低噪声，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小，具有较高的共模抑制比，调节方便等特点。该芯片可提供的最大电流为 1.3mA 的电流。适用于 ECG 测量、医疗器件、压力测量、信号采集等场合。

　　前置放大电路设计

　　如图 3.3 所示，差分输入端 IO2、IO3 分别接标准Ⅰ导联的正负输入端，R1、R4 、R5 共同决定放大电路的放大倍数。

在整体的电路工作中，因为心电信号比较微弱，所以要求放大 1000 倍左右。但是，根据小信号放大器的设计原则，前级