CN106551695A - 一种心电信号调理电路 - Google Patents
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Abstract
一种心电信号调理电路，其中包括:一级放大电路、调零电路、50Hz限波电路、带通滤波电路及二级放大电路。一级放大电路对由人体体表提取到的心电信号，进行线性放大；经调零电路抑制零漂后，传送至限波电路和带通滤波电路，滤除杂波干扰信号；再经二级放大电路送至A/D转换部分进行信号采样。该调理电路具有榆出波形稳定、噪声小和共模抑制比高的特点，提高了心电信号采集的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种心电信号调理电路，适用于生物领域。
背景技术
心电信号是心脏电活动的表现，是反映人体生命状态的良好生理指标之一，可用于检测各种心律失常、心肌病变、心肌梗塞及心肌缺血等心血管疾病。但心电信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，具有随机性强、频率低的特点，极易受到检测系统内部噪声和外界刺激(环境、温度)的干扰，必须对提取到的心电信号做一系列的处理(滤除噪声和干扰)，才可获得高保真的心电信息，为进一步从医学角度分析研究心电信息提供准确、有效的数据源。因此，研究心电信号调理电路对整个心电信号检测系统具有十分重要的意义。由于心电信号是微弱、低频的生物电信号，一般只有0.055 mV，频率在0.05-100 Hz之间，极易被噪声湮没。因此，对心电信号调理电路的设计有以下苛刻的要求:1.高输人阻抗，由于信号源阻抗较高，心电信号很微弱，若输人阻抗不高，经分压后信号会更小，会使心电信号有严重损失甚至畸变；2.高增益，心电信号属于微弱信号，只有较高的放大倍数才能提高心电信号采集的精度；3.高共模抑制比，主要是消除市电50 Hz的工频干扰和极化电位的干扰；4.低噪声，使之不湮没信号微弱且信噪比低的心电信号；5.低漂移，防止高放大倍数的放大电路出现饱和现象;6.合适的带宽，以有效地抑制噪声，防止采样混叠；7.高安全性，确保人体的绝对安全，主要对电气特性的要求。
发明内容
本发明提供一种心电信号调理电路，其中包括:一级放大电路、调零电路、50Hz限波电路、带通滤波电路及二级放大电路。该调理电路具有榆出波形稳定、噪声小和共模抑制比高的特点，提高了心电信号采集的精度。
本发明所采用的技术方案是：
高性能心电信号调理电路包括:一级放大电路、调零电路、50Hz限波电路、带通滤波电路及二级放大电路。一级放大电路对由人体体表提取到的心电信号，进行线性放大；经调零电路抑制零漂后，传送至限波电路和带通滤波电路，滤除杂波干扰信号；再经二级放大电路送至A/D转换部分进行信号采样。
所述一级放大电路其性能的优劣直接决定了后续系统对数据分析处理的真实性，实现对检测到的心电信号进行线性放大和抑制干扰信号的功能。针对心电信号的特点，应当采用适当增益、低功耗、低噪声、高输人阻抗、高共模抑制比、线性工作范围宽和低零点漂移的并联差动三运放仪表放大器。目前比较常见的用于心电信号检测的仪表放大器有INAlll，INA118，INA128，AD8553和AD620。针对心电信号采集的要求，经综合分析比较，本电路选择体积小、功耗低、噪声小及供电电源范围广的AD620作为一级放大电路的主体芯片。AD620使用方便，增益可通过改变1和8引脚之间的电阻来调节。
所述调零电路中，调整电压加在同相输人端。考虑到经一级放大电路处理后的心电信号是毫伏级，此处设置R3和R5的组织分别为100 k欧和500欧，构成200:1的分压电路，R5两端将得到失调电压调整范围由下式决定:失调电压调整范围=土Vss(R5/R3}，其中Vss=土3.3 V,R5两端将得到土16.5 mV的失调电压调整范围。能够满足调零要求。
所述工频限波电路采用双T限波电路，实现对50 Hz的工频干扰的抑制。工频干扰通过电磁感应的方式从人体、导线等多种途径窜人电路，尤其是心电信号很微弱，工频干扰尤为严重，可将有用信号全部湮没。因此，采用有源双T带阻滤波电路来抑制心电信号测量中的50 Hz的工频干扰。
所述高通滤波器采用二阶Sallen-Key高通滤波电路，低通滤波器采用二阶贝塞尔有源低通滤波器，能获得较好的高频衰减特性和失真特性，可以减小输出波形在上上升沿和下降沿出现的小幅过冲，实现对心电信号不失真地放大。
所述二级放大电路选用的是OP2177集成芯片，它具有噪声低、增益精度高和线性度好的优势，可满足对信号进一步放大的需求。。一级放大电路对信号放大11倍，本级放大200倍，本级输出的信号基可以达到1V左右，能够满足信号采集的要求。
本发明的有益效果是：该调理电路具有榆出波形稳定、噪声小和共模抑制比高的特点，提高了心电信号采集的精度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的调理电路总体框图。
图2是本发明的一级放大电路。
图3是本发明的调零电路。
图4是本发明的工频限波电路。
图5是本发明的高通滤波器。
图6是本发明的低通滤波器。
图7是本发明的二级放大器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，一级放大电路对由人体体表提取到的心电信号，进行线性放大；经调零电路抑制零漂后，传送至限波电路和带通滤波电路，滤除杂波干扰信号；再经二级放大电路送至A/D转换部分进行信号采样。
如图2，一级放大电路性能的优劣直接决定了后续系统对数据分析处理的真实性，实现对检测到的心电信号进行线性放大和抑制干扰信号的功能。针对心电信号的特点，应当采用适当增益、低功耗、低噪声、高输人阻抗、高共模抑制比、线性工作范围宽和低零点漂移的并联差动三运放仪表放大器。目前比较常见的用于心电信号检测的仪表放大器有INAlll，INA118，INA128，AD8553和AD620。针对心电信号采集的要求，经综合分析比较，本电路选择体积小、功耗低、噪声小及供电电源范围广的AD620作为一级放大电路的主体芯片。AD620使用方便，增益可通过改变1和8引脚之间的电阻来调节。
如图3，此电路中，调整电压加在同相输人端。考虑到经一级放大电路处理后的心电信号是毫伏级，此处设置R3和R5的组织分别为100 k欧和500欧，构成200:1的分压电路，R5两端将得到失调电压调整范围由下式决定:失调电压调整范围=土Vss(R5/R3}，其中Vss=土3.3 V,R5两端将得到土16.5 mV的失调电压调整范围。能够满足调零要求。
如图4，工频限波电路采用双T限波电路，实现对50 Hz的工频干扰的抑制。工频干扰通过电磁感应的方式从人体、导线等多种途径窜人电路，尤其是心电信号很微弱，工频干扰尤为严重，可将有用信号全部湮没。因此，采用有源双T带阻滤波电路来抑制心电信号测量中的50 Hz的工频干扰。
如图5、6，分别为高通滤波电路与低通滤波器，其中高通滤波器采用二阶Sallen-Key高通滤波电路，低通滤波器采用二阶贝塞尔有源低通滤波器，能获得较好的高频衰减特性和失真特性，可以减小输出波形在上上升沿和下降沿出现的小幅过冲，实现对心电信号不失真地放大。
如图7，二级放大电路选用的是OP2177集成芯片，它具有噪声低、增益精度高和线性度好的优势，可满足对信号进一步放大的需求。一级放大电路对信号放大11倍，本级放大200倍，本级输出的信号基可以达到1V左右，能够满足信号采集的要求。
Claims (8)
1.一种心电信号调理电路，其特征是：所述的心电信号调理电路由一级放大电路、调零电路、50Hz限波电路、带通滤波电路及二级放大电路组成。
2.根据权利要求1所述的一种心电信号调理电路，其特征是：所述一级放大电路选择体积小、功耗低、噪声小及供电电源范围广的AD620作为一级放大电路的主体芯片，AD620使用方便，增益可通过改变1和8引脚之间的电阻来调节。
3.根据权利要求1所述的一种心电信号调理电路，其特征是：所述调零电路的调整电压加在同相输人端，考虑到经一级放大电路处理后的心电信号是毫伏级，此处设置R3和R5的组织分别为100 k欧和500欧，构成200:1的分压电路。
4.根据权利要求1所述的一种心电信号调理电路，其特征是：所述调零电路失调电压调整范围=土Vss(R5/R3}，其中Vss=土3.3 V,R5两端将得到土16.5 mV的失调电压调整范围，能够满足调零要求。
5. 根据权利要求1所述的一种心电信号调理电路，其特征是：所述工频限波电路采用双T限波电路，实现对50 Hz的工频干扰的抑制。
6. 根据权利要求1所述的一种心电信号调理电路，其特征是：所述高通滤波器采用二阶Sallen-Key高通滤波电路，低通滤波器采用二阶贝塞尔有源低通滤波器，能获得较好的高频衰减特性和失真特性。
7. 根据权利要求1所述的一种心电信号调理电路，其特征是：所述二级放大电路选用的是OP2177集成芯片，它具有噪声低、增益精度高和线性度好的优势，可满足对信号进一步放大的需求。
8. 根据权利要求1所述的一种心电信号调理电路，其特征是：所述二级放大电路放大200倍，本级输出的信号基可以达到1V左右，能够满足信号采集的要求。
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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