应对心电图设备中的信号采集的设计挑战

心电图的干扰信号包含来自电源的50/60Hz干扰、病人活动导致的运动伪影、电外科设备、除颤脉冲、起搏器脉冲及其它监控设备等引起的射频干扰。如何应对信号采集过程中的挑战呢？本文将告诉你解决技巧。

一、信号采集挑战

大的直流偏移和多种干扰信号的出现会导致ECG信号的测量面临挑战。典型电极的电压最高可达300mV。干扰信号包含来自电源的50/60Hz干扰、病人活动导致的运动伪影、电外科设备、除颤脉冲、起搏器脉冲及其它监控设备等引起的射频干扰。

ECG内所需的准确度会随终端设备的变化而有所不同：

标准监控设备需要0.05～30Hz之间的频率。

诊断设备需要0.05～1000Hz之间的频率。

可以借助能消除两输入端AC线路常见噪声的高输入阻抗仪表放大器(INA)抵消一些50Hz/60Hz共模干扰。为了进一步消除线电源噪声，信号凭借放大器通过右腿被反向并向病人驱回。只需少许微电流甚至更少即可实现显著的CMR改进并保持在UL544限制之内。此外还会使用50/60Hz数字陷波滤波器进一步降低干扰。

二、模拟前端选项

优化功耗和模拟前端的PCB面积对于便携式ECG而言非常关键。技术改进后，当前提供了多种前端选项：

1.使用低分辨率ADC(需要所有滤波器)

2.使用高分辨率ADC(需要较少滤波器)

3.使用Σ-Δ ADC(无需滤波器、除INA之外的放大器、直流偏移)

4.使用顺序和同步采样方法。

使用低分辨率(16位)ADC时，信号需要被显著增益(增幅通常为100～200倍)以达到必要的分辨率。使用高分辨率(24位)Σ-Δ ADC时，信号需要4～5倍的适度增益。因此可以除去消除直流偏移所需的第二增益级和电路。这将实现面积与成本上的整体缩减。Σ-Δ方法还将保留信号的整个频率内容，并为数据后期处理提供充分的灵活性。

借助顺序方法，创建ECG引线的单个通道可被复用到一个ADC。这样一来，相邻通道间必然会存在偏移。借助同步采样方法即可将专用ADC用于每个通道，因此通道之间不存在前面提及的偏移。