心电采集系统中模拟电路的设计方案

3 主放大和滤波电路

心电的主放大及滤波电路如图3 所示。由于检测信号中存在的主要干扰信号有电极板 与人之间的极化电压、50Hz 工频干扰、仪器内部噪声和仪器周围电磁场干扰等等。要想获 得清晰稳定的心电信号，滤波器的设计也很关键，特别是50Hz 的带阻滤波器尤其重要。采 集到的心电信号中，200Hz 以上的干扰信号较强，而0.05Hz 以下的干扰信号相对较弱，所以在滤波电路中采取先低通滤波取出200Hz 以下的信号，然后通过接高通的方式，从而滤除 极化电压及高频干扰。在电路中U2B 及电阻、电容组成带通滤波器，同时使电路具有较高的 输入阻抗。滤波电路采用阻容耦合电路，输入阻抗高输出阻抗低，并且输入和输出之间具有良好的隔离。其作用主要是隔去前置放大器的直流电压和直流极化电压，耦合心电信号。 为了保证心电信号不失真地耦合到下一级，必须耦合 RC。RC 乘积越大，放大器的低频响应 越好，但RC 的取值不能无限制加大，因为 R 值受输入阻抗的限制，C 值太大不但体积大，漏电流增加还会引起漂移，同时还会延长回路充放电时间。人体的心电信号频率较低，用 RC 滤波电路可以有效地避免有源滤波电路中由于通用型集成运放的带宽较窄而不适用于高 频范围的缺陷。

 



4 电平抬升电路

放大滤波后的心电信号将被送入A/D 转换电路进行模数转换，而本系统选择的AD 转换 器是单5V 供电的MAX187，所以滤波之后需加一级电平抬升电路，将心电信号抬升到0～+ 5V 的范围。电路设计很简单，如图4 所示。

 



5 结果分析

通过上述方法成功地设计实现了心电采集系统的模拟电路部分，其中的电平抬升电路简单可靠，放大电路具有高增益、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、合适的带宽和动态范围等特点，电路能在强的噪声背景下，通过体表传感器不失真地将微弱的心电信号检测出来并放大、抬升至合适的幅度，获得较好的心电信号如图5 所示。

 



经试验证明，文中设计的心电信号采集电路能够得到临床上有价值的心电数据，为心电信号 的后续处理提供了可靠的保证。