CN201968678U - 心电信号采集单元及其电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种心电信号采集电路，包括导联检测电路、右腿驱动电路、差动放大电路、隔直电路、同相放大电路和主MCU；其中，导联检测电路由缓冲器和上拉电阻组成，隔直电路附加了放电电路。采用本实用新型提供的心电信号采集电路的心电图仪，可以更好的输出导联脱落信息，在极化电压过高时快速放电，使信号回到正常位置，而且由于使用MCU集成的AD转换器代替现有的独立AD转换器芯片，降低了制造成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种心电信号采集电路，尤其涉及一种用于心电图仪的抗干扰能力强的心电信号采集单元及其电路。
背景技术
随着社会的发展、科技的进步、生活水平的不断提高，人们的健康观念及保护健康的方式和途径都发生了深刻的变化，为适应当前社会发展需要，将当代高新技术与临床医疗相结合，并已成为当今世界医疗领域的研究热点。
心电图作为一种无创伤检查手段，经过大量的临床研究，证明对心脏肥大、心肌梗塞及其梗塞部位具有决定性的诊断价值，对某些心脏疾病，如心肌炎、心包炎、药物中毒等引起的心脏病变具有辅助诊断意义。
现有的心电图采集电路的导联检测大都采用窗口比较器实现，不能很快很敏捷的判断导联脱落，而且，人体有很高的极化电压，若没有有效地放电系统将对信号采集造成很大的影响。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用缓冲器代替原来导联检测中的窗口比较器，实现更细更全面的导联脱落状态检测；本实用新型还接入可控放电电路，可以在有必要时进行放电；本实用新型还在主MCU中集成了AD转换器，省去了现有技术中的AD转换芯片，节约了成本。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种心电信号采集电路单元，用于将病人身上采集的信号通过导联检测电路（1）处理后信号经过主放大电路放大，送到心电图仪的主MCU（6），其特征在于，所述导联检测电路（1）包含两个弱上拉电阻和一个缓冲电路，两弱上拉电阻串接后与缓冲电路正输入端相连；所述主放大电路中的隔直电路包含一个放电模块。
在上述心电信号采集电路单元中,所述主放大电路包括用于提供第一级放大的差动放大电路（3）、用于提供第二级放大的同相放大器（5），以及位于第一、二级放大电路之间用于抑制差动放大电路产生的极化电压的隔直电路（4）。
在上述心电信号采集电路单元中,所述差动放大电路（3）有两个输入端，一个与导联检测电路（1）输出端相连，另一个输入用于克服人体承载的共模干扰的信号，所述差动放大电路（3）的输出端与隔直电路（4）相连。
在上述心电信号采集电路单元中,所述隔直电路（4）为一阶无源高通滤波电路，所述隔直电路（4）的输出端与同相放大电路（5）的输入端相连。
在上述心电信号采集电路单元中,所述放电模块是在组成高通滤波电路的电容和电阻之间引出一条带开关的电阻放电电路。
按照本实用新型提供的心电信号采集电路，采用至少4个上述的心电信号采集电路单元，电路输入端与接口相连，输出端与主MCU相连； 其特征在于，还包括用于提高共模抑制比CMRR的右腿驱动电路（2），所述右腿驱动电路（2）的输入端输入用于克服人体承载的共模干扰的信号，输出端反馈给导联检测电路(1)的输入端。
在上述心电信号采集电路中,所述用于克服人体承载的共模干扰的信号是从3个肢导联检测电路的缓冲器中取出共模电压相加，经过右腿驱动电路倒向放大后形成的。
在上述心电信号采集电路中,所述主MCU（6）与同相放大电路（5）输出端相连，主MCU（6）内部集成了AD转换器。
实施本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：因为在导联检测电路中使用了缓冲器代替现有技术的窗口比较器，所以消除了现有技术不能清楚判断导联脱落状态的情况，提高了分析判断的准确性；因为在隔直电路中加入了放电电路，所以可以对人体产生的过高的极化电压进行控制，保证输出信号质量；因为用主MCU集成的AD转换器代替现有技术的独立AD转换器芯片，所以降低了制造成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型实施例的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的电路原理图；
图3是图2中缓冲电路部分的局部放大电路图；
图4是图2中右腿驱动电路部分的局部放大电路图；
图5是图2中导联检测电路部分的局部放大电路图；
图6是图2中差分放大电路部分的局部放大电路图；
图7是图2中隔值电路部分的局部放大电路图；
图8是图2中同相放大电路部分的局部放大电路图；
图9是图2中主MCU电路部分的局部放大电路图；
图10是图2的局部电路放大图。
具体实施方式
如图1所示， 从病人身上采集的信号经过导联检测电路判断，若出现导联脱落，主MCU则将导联脱落信息发送给客户端，经主放大电路放大的信号将不会被主MCU输出给客户端，若一切正常，经主放大电路放大的信号将通过主MCU传送给客户；在主放大电路中，信号将首先被送到差分放大电路中进行第一级放大，差分放大电路的另一输入端输入来自用于克服人体承载的共模干扰的信号；第一级放大后的信号通过隔直电路消除极化电压后输入同相放大电路进行第二级放大，第二级放大后的信号将被送入主MCU进行AD转换；右腿驱动电路输入用于克服人体承载的共模干扰的信号，该信号由3个肢导联检测电路的缓冲器中取出共模电压，经过加法器相加后倒相放大形成，输出反馈信号到导联检测电路输入端。
如图2所示一种心电信号采集电路包括自上而下9个心电信号采集单元，除第一个外，每个单元包括导联检测电路，差动放大电路，隔直电路，同相放大电路。
如图3所示为缓冲电路， 它是心电采集输入电路的一个重要部分，实际上它是一个阻抗转换器，在系统中起隔离作用。设置缓冲放大电路是为了提高放大器的输入阻抗，降低输入噪声。
如图4所示为右腿驱动电路，它是专为克服人体承载的共模干扰（主要是50Hz共模干扰），提高CMRR而设计的，原理是采用以人体的肢体信号为相加点的共模电压并联负反馈，其方法是从如图2自上而下前三个心电采集电路单元的缓冲器提取的共模电压经加法器U1B相加后输入到右腿驱动电路，经右腿驱动电路倒相放大后输出到各心电采集电路单元的导联检测电路输入端。
如图5所示为导联检测电路，它由弱上拉电阻，缓冲电路组成。当有导联脱落时，缓冲电压的输入端通过弱上拉电阻将输入电压上拉到一个比较高的电压，因此缓冲电路的输出端输出一个比较高的电压，当这个电压高于导联脱落时的阀值电压，就能判断导联脱落。当有导联没有脱落时，缓冲电压的输入端的输入电压下拉到一个比较低的电压，因此缓冲电路的输出端输出一个比较低的电压，当这个电压低于导联脱落时的阀值电压，就能判断导联没有脱落。
如图6所示为差动放大电路，它是整个系统设计的关键，由于人体的心电信号具有幅值小、频率低、易受干扰、不稳定、随机性强等特点，使得对心电放大电路的设计提出了很严格的要求，尤其是放大器的选择十分重要。选择放大器时需要从增益、频率响应、输入阻抗、共模抑制比、噪声、漂移等几个方面加以综合考虑。所述差动放大电路有两个输入端，如图2所示自上而下9个心电信号采集电路单元中，除前3个单元外，负端口输入经所述加法器相加后得到的信号，正端口输入导联检测电路输出的信号， 而如图10所示第一个心电信号采集电路单元没有接入到差动放大电路，第二、三个心电信号采集电路单元正端口输入第一个心电信号采集电路单元的导联检测电路的输出信号，负端口输入相应的第二、三心电信号采集电路单元的导联检测电路的输出信号。
如图7所示为隔直电路，其为一阶无源高通滤波电路，由RC电路组成，其主要目的是为了抑制极化电压。当极化电压过高时会影响到信号的质量，此时，通过软件来控制快速放电回路，使信号快速回到正常的位置，所述快速放电电路即由一个开关和一个电阻组成，当极化电压过高时，电路开关闭合，为电容放电，当极化电压正常时，电路开关断开，隔直电路正常工作。
如图8所示为同相放大电路，它由高精度运算放大器组成，在同相放大器输出端有由电阻电容组成的滤波电路，去除不必要的干扰，增加信号的质量。
如图9所示为主MCU，其型号为C8051F206,所述主MCU的第4、3、2、1、48、47、46、45针脚分别接如图2所示自上而下第2至第9心电信号采集电路输出端，第9、10针脚接晶振，第25至28针脚接调试口XS3。所述主MCU还集成了AD转换功能。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种心电信号采集电路单元，用于将病人身上采集的信号通过导联检测电路（1）处理后信号经过主放大电路放大，送到心电图仪的主MCU（6），其特征在于，所述导联检测电路（1）包含两个弱上拉电阻和一个缓冲电路，两弱上拉电阻串接后与缓冲电路正输入端相连；所述主放大电路中的隔直电路包含一个放电模块。
2.根据权利要求1所述心电信号采集电路单元,其特征在于，所述主放大电路包括用于提供第一级放大的差动放大电路（3）、用于提供第二级放大的同相放大器（5），以及位于第一、二级放大电路之间用于抑制差动放大电路产生的极化电压的隔直电路（4）。
3.根据权利要求2所述心电信号采集电路单元,其特征在于，所述差动放大电路（3）有两个输入端，一个与导联检测电路（1）输出端相连，另一个输入用于克服人体承载的共模干扰的信号，所述差动放大电路（3）的输出端与隔直电路（4）相连。
4.根据权利要求3所述心电信号采集电路单元,其特征在于，所述隔直电路（4）为一阶无源高通滤波电路，所述隔直电路（4）的输出端与同相放大电路（5）的输入端相连。
5.根据权利要求3所述心电信号采集电路单元,其特征在于， 所述放电模块是在组成高通滤波电路的电容和电阻之间引出一条带开关的电阻放电电路。
6.一种包括至少4个如权利要求1所述心电信号采集电路单元的心电信号采集电路，电路输入端与接口相连，输出端与主MCU相连； 其特征在于，还包括用于提高共模抑制比CMRR的右腿驱动电路（2），所述右腿驱动电路（2）的输入端输入用于克服人体承载的共模干扰的信号，输出端反馈给导联检测电路(1)的输入端。
7.根据权利要求6所述心电信号采集电路,其特征在于，所述用于克服人体承载的共模干扰的信号是从3个肢导联检测电路的缓冲器中取出共模电压相加，经过右腿驱动电路倒向放大后形成的。
8.根据权利要求6所述心电信号采集电路,其特征在于，所述主MCU（6）与同相放大电路（5）输出端相连，主MCU（6）内部集成了AD转换器。
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