薇 陳 霏 寧新寶

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：系統(tǒng)地介紹了心電數(shù)據(jù)床邊采集系統(tǒng)的開發(fā)研究，著重其中的若干關(guān)鍵技術(shù)：具有多路選擇功能的高性能前置放大電路，以51單片機(jī)為核心的軟、硬件結(jié)構(gòu)，具有12位分辨率的多通道a/d采樣，實時高效的數(shù)據(jù)壓縮算法等。

     關(guān)鍵詞：放大器

     多路選擇 單片機(jī) ecg信號壓縮

     心電診斷較大程度地依賴于對心電數(shù)據(jù)的處理分析。傳統(tǒng)的12導(dǎo)聯(lián)心電放大系統(tǒng)中，體表心電信號由導(dǎo)聯(lián)緩沖電路輸入后由12路放大電路分別進(jìn)行放大，最后接入微機(jī)系統(tǒng)的12位a/d采樣板上。由于每一導(dǎo)聯(lián)的心電放大電路的通道結(jié)構(gòu)和組成元件完全相同，16通道信號的采集時間不統(tǒng)一。16通道包括常規(guī)12導(dǎo)聯(lián)心電同步采集是目前較普遍的一種心電采集方法，它可以放大出多路的心電信號，能夠分析出相關(guān)信號間的細(xì)節(jié)；正交導(dǎo)聯(lián) 的信號可用于cmp（心室晚電位、心房晚電位[2]、希氏束電位）、vcg（心向量）信號的分析；整形波可用來進(jìn)行心率變異性的分析。分析信號類別不同，其采集時間也不同：12道常規(guī)導(dǎo)聯(lián)波形要求每導(dǎo)采集8個波形；3道正交導(dǎo)聯(lián)要求每導(dǎo)采集300個波形；整形波要求存儲540個r-r間期。因此要在軟件中對各段采集時間加以控制。<2>數(shù)據(jù)量大。政黨成年人的心率在60~100次/分，取60次/分計算，上述三段波形采集的總數(shù)據(jù)量約為2m字節(jié)（以1khz采樣頻率，12位分辨率）。因此需要適當(dāng)?shù)膶崟r數(shù)據(jù)壓縮，使數(shù)據(jù)量壓縮到1m字節(jié)，同時要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲。

     1 放大系統(tǒng)

     圖1所示放大系統(tǒng)主要由導(dǎo)聯(lián)部分、開關(guān)部分、放大部分和濾波部分構(gòu)成。從人體引出的微弱心電位號[1]通過導(dǎo)聯(lián)電路形成待放大的心電信號（如i、avr、v1等）的組合，由多路開關(guān)對16路信號輪流切換，分別得到一對時分復(fù)用的信號，送至放大電路進(jìn)行差分放大。放大后的信號再由一個多路開關(guān)還原成16路信號，最后經(jīng)過低通濾波器濾除高頻的開關(guān)信號即得到16路連續(xù)的放大信號。此時的信號連到單片機(jī)采樣部分進(jìn)行采樣，或者連到示波器上對波形進(jìn)行監(jiān)視。放大部分采用多路開關(guān)技術(shù)對信號進(jìn)行時分放大，只用一組放大器即可，大大減小了放大電路和整個系統(tǒng)的體積。

     放大電路的一些設(shè)計指標(biāo)如下：

     電路放大倍數(shù)1000、2000、3000可調(diào)，共模抑制比cmrr≥100db,輸入電壓≥2mω，短路噪聲≤3uv，多路信號間有高隔離性[1]。

     1.1 導(dǎo)聯(lián)部分

     導(dǎo)聯(lián)部分主要由運(yùn)算放大器op07構(gòu)成，它具有高輸入阻抗、低溫漂、失調(diào)電壓調(diào)零電路，可以通過調(diào)節(jié)使放大電路的基線為零電位。圖2是心電信號導(dǎo)聯(lián)i的輸入電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器rw,可以使得兩個導(dǎo)聯(lián)電路的輸入電阻平衡，提高放大電路的共模抑制比。

     1.2 開關(guān)部分

     開關(guān)部分選用兩片16選1的多路開關(guān)max336，其導(dǎo)通電阻小，各通道間具有高隔離度，由4位地址信號選擇導(dǎo)通的輸入信號。前端開關(guān)由兩片max336構(gòu)成，輪流切換輸入的心電信號，開關(guān)的切換頻率是24khz。后端開關(guān)則將放大后的信號還原成16路信號，前后開關(guān)的地址信號一致，工作在同步方式下，保證同一時刻對某一路信號的放大與還原。

     16路開關(guān)的地址信號由時鐘電路提供，ne555芯片構(gòu)成24khz的振蕩器，然后通過16進(jìn)制的計數(shù)器74ls161循環(huán)計數(shù)，計數(shù)值連到max336的地址輸入端。

     1.3 放大部分

     放大電路由ad620構(gòu)成，ad620內(nèi)部的核心是三運(yùn)放電路，有較高的共模抑制經(jīng)cmrr，溫度穩(wěn)定性好，放大頻帶寬，噪聲系