一种便携式心电信号采集系统的电路设计

图5分别为49 Hz、50 Hz频率信号通过陷波电路后，与原输入信号波形的比较。由图中可清楚地看到：当输入49 Hz信号时，输出信号衰减为原信号的0．35倍左右。当输入50Hz信号时，信号基本上衰减为零，因此能有效抑制50 Hz的工频干扰。

3．6 主放大电路

为满足A／D转换器对信号幅度的要求，两级放大器共放大l 000倍左右，一级放大电路放大倍数为8倍，所以二级放大倍数设计为125倍。从整个电路集成度和器件性价比考虑，这里选用TL064。该器件内部集成4个运放，每个放大器的功耗只有6 mW，符合便携产品的要求，且价格较低，可减少实验和生产成本。放大电路采用简单的反馈放大电路，调节电阻参数即可。

4 数字处理部分

4．1 A／D转换

已放大的模拟信号要实现存储和显示，需要转化为数字信号，因此要完成A／D转换。A／D转换首先解决采样率和A／D转换器的选型。
采样率，美国心脏学会推荐的采样率为500 Hz，但实际中不同应用有不同的采样率，一般在125～1 000 Hz之间，监护时多采用200 Hz或250 Hz，辅助分析时多用400～500 Hz，而心电HOLTER一般取125～200 Hz。采样精度为10 bit或12 bit。

对于A／D转换器的选型，要根据电路形式、转换速率、通道数目、采样精度、功耗大小、供电电压等因素综合考虑，选出性价比较高的转换器。在确定器件前，表2给出备选的几款A／D转换器的比较结果。

通过表2和实际项目的要求，最终确定使用MAXl97，其采样位数，转换速率，功耗，体积等方面均符合心电A／D转换的要求。另外，该转换器有8个模拟信号输入端，可采集8路模拟信号，符合心电设备多导联的要求。

控制模块使用VHDL语言编程实现，根据MAXl97的时序图，利用有限状态机的方法实现控制模块。具体内容是根据A／D转换的进程，将转换过程分为5个状态：1)为初始化，写入读写信号及通道选择和转换电压范围等控制字；2)为启动转换，在时钟控制下，输出信号使得A／D转换器开始转换；3)为判断转换是否完成，若未完成继续转换，若完成跳入下一个状态；4)为读低8位，给转换结束标志信号hben赋值O，读出已经转换完的低8位；5)为读高4位，给hben赋值1，读出高4位。

图6是根据上述状态机VHDL语言实现后生成的图元符号及控制模块的仿真波形。从仿真波形上可以看出，该模块符合A／D转换器的时序要求，能在功能上实现对A／D转换器的控制，得到所需要的数字信号。

A／D转换器的控制信号由FPGA提供。基于FPGA平台搭建一个A／D转换的控制模块。选择FPGA做控制平台，是由于FPGA有着丰富的可编程逻辑资源，利用这些资源可以实现心电设备中的控制存储、显示、按键、通信等其他模块。这些模块都在FPGA上完成就构成了片上系统，使得设备体积和可靠性都有了很大程度上的提高。选择FPGA也是出于项目整体方案的考虑。

5 结束语

在项目的要求下，通过分析心电信号的特点，从幅值，频率，噪声等各方面有针对性的设计了心电采集电路，并对每一环节都做了仿真和测试，最大程度上精简电路，满足便携式设备对体积的要求，同时保持较高的性能，能有效采集到心电信号。对采集到的心电信号，用FP-GA控制A／D转换模块，得到数字信号，以便后续的数字处理。另外，由于FPGA的丰富可编程资源，可以在这个采集系统基础上升级为诊断并显示的系统。