心电信号调理电路设计

心电信号调理电路设计

心电信号作为一种人体典型的生理电信号，信号弱、易受污染，加之人体本身是一个动态多变的信号源，因而造成了其拾取难度的加大，同时对其拾取和调理也提出了更高的要求，在设计电路中对于以下问题应当重点考虑：

高输入阻抗：心电非常微弱，典型值为1mv左右，如果把人体看作是其产生的信号源，从测量拾取电极两端向人体方向观测得到的电阻就是该信号源的内阻。由于这个内阻是由人体内部组织、皮肤、拾取电极等多个复杂因素决定，数值差异性很大，如果后级放大电路的输入阻抗与这个内阻不相匹配，将很难拾取到理想的信号。我国的医药行业标准YY1139-2000对其的要求是：输入阻抗不低于2.5MΩ。

高共模抑制比：心电信号测量的电磁环境非常复杂，工频交流干扰刚好包含在信号频谱范围之内，干扰强度相对于微弱的心电信号来说很大，如果不经处理，将难以提取原始信号。这就要求前置放大电路必须有良好的共模抑制比。中华人民共和国医药行业标准YY1139-2000对心电图机的要求是：共模抑制比KCMR>60dB以上。实际设计电路时，要求共模抑制比应该达到80dB。
低零点漂移：心电信号测量的环境各异，在不同的地区、不同的季节温度差异很大，因而为了获得精准的心电信号，电路工作点就要稳定，尤其对于前置放大器的零点温漂尽量小，否则较大温漂经放大会严重影响原始心电信号。
较低电子噪声：由于元器件内部粒子固有的不规则运动，造成了内部固有的干扰。如果器件选择不当，器件的热噪声将被放大，故在设计过程中应注意前置放大电路的电子噪声要低。
较高放大倍数：心电信号只有0.05mV-5mV，为了适应本文中使用的A/D要求的电压输入范围，并保持信号的真实性，使信号能正常的采集，应放大近650倍。如果采用一级放大，即直接对采集信号进行放大到适合A/D采样的幅度范围会产生问题，一方面由于干扰信号的存在，有用的心电信号可能直接被杂讯掩盖，变得难以提取；另一方面，一般生理信号的拾取端普遍采用差分放大方式，由于信号的两个拾取端存在不对称性，导致的结果就是可能把共模干扰转化为差模信号，这对于拥有过高增益的运放而言，必定超过其线性工作范围。所以，在设计放大电路过程中应兼顾放大倍数和信号的放大效果，应尽量采用二级或者多级放大处理方式。
其他：如漏电流干扰、静电干扰、输入端对称性、安全性等方面。限于篇幅没有做出详细介绍。除此以外，心电信号调理电路在整个系统设计中举足轻重，应注意整体布局和器件的选择，使系统小巧易用。

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