1?????? 概述

????????心電信號檢測，是檢測心臟搏動時生物電在體表產(chǎn)生的電壓差。這個電壓信號有幾個特點。

????????第一是信號小，由于是心肌收縮的生物電，本身就很小，又經(jīng)過身體電阻的衰減，進一步減小。在0.5mV到2mV之間。

????????第二是懸浮地，人體跟檢測用的電路是不共地的，就是沒有共同的參考點，也稱為懸浮地。

????????第三是干擾大，人體處在室內(nèi)50Hz的工頻干擾中，由于人體的長度和導電性，50Hz的電磁場在身體各處都有感應電動勢。形成共模干擾。在100mV到500mV之間。

????????第四是內(nèi)阻大，由于人體的皮膚電阻，身體電阻，在體表測試心電信號時面對的就是一個高內(nèi)阻的電壓源。約在100KΩ到300KΩ。

????????所以要檢測心電，首先要應對這四個特點。使用多級放大來應對信號小。使用右腿驅動來改變浮地測量。使用儀表放大器和右腿驅動來抵御共模干擾。使用儀表放大器的FET輸入端和使用帶有鹽分的水濕潤皮膚，應對高內(nèi)阻。

關鍵字 心電檢測 儀表放大器 差模信號 共模信號 陷波器 共模抑制 全差分放大器 信號源任意波

2? ? ? ?原理圖匯總

各部分說明

????????U3是4路運放，其中的A C D構成儀表放大器。U3使用的是TL082 FET輸入型放大器，所以具有高輸入阻抗。RA和LA是接右手和左手的電極，后面的RC起到低通濾波和電阻安全隔離的作用。萬一電路出現(xiàn)故障，也不會對人體產(chǎn)生較大電流。

????????U3的B路是右腿驅動 RL，將R10和R17來的共模電壓反相后經(jīng)RC提供給人體，抵消一部分共模干擾。U3的C和D是正相放大，然后U3的B是反相，所以經(jīng)過電極連接人體后，構成負反饋，這也是右腿驅動RL 解決浮地測試的原理，它提供了直流的反饋通路，這樣RL的電極就是心電檢測的參考點，RA 和LA之間是差分信號，跟RL之間是共模信號，人體通過RL電極跟檢測設備共地。如果沒有右腿驅動RL，那么U3的C和D就會由于浮地緩慢偏移，并且共模干擾也大。

????????U4 A是第二級放大，用于增加總的放大倍數(shù)。并且U4 A是單電源供電，輸出沒有負電壓，方便后面用ADC來采集心電波形。U5 A提供一個直流偏置1.65V，使單電源供電的U4 A放大器輸出有一個 3.3V/2=1.65V的直流分量。

????????U4 B和外部的RC是陷波器，針對50Hz進行衰減。由于RC有誤差，所以陷波器的頻率點在50Hz附近，沒有精確到50Hz，雖然沒有精確對準50Hz，但是由于過渡帶的存在，對50Hz也有抑制作用。后面在實測中可以看到。

????????儀表放大器和單電源放大器的反饋電阻上都有電容，構成低通濾波器?？梢砸种聘哳l噪聲，并且限制信號帶寬，防止ADC出現(xiàn)欠采樣。

3? ? ? ?實物圖

????????圖中使用了心電信號實驗板來進行實驗。左下角是心電信號產(chǎn)生電路，用于調(diào)試中使用。因為不方便始終讓一個真人坐在旁邊提供信號。并且心電信號產(chǎn)生電路可以提供穩(wěn)定的一致的信號，方便對電路的放大和共模抑制進行分析測試。調(diào)試成功后，連接電極測試人體心電。

????????這也是工程中常用的方法，產(chǎn)生一個類似的信號，用于解決電路中的基本問題。然后在到實際中進行實驗和驗證。發(fā)現(xiàn)問題后，改進信號產(chǎn)生并修正電路，再次進行實際測試。這樣在產(chǎn)品開發(fā)過程中既得到了一個類似真實的調(diào)試環(huán)境，又最終得到了正確的電路。一舉兩得。這個調(diào)試環(huán)境還可以用于相關產(chǎn)品的開發(fā)。

4? ? ? ?實測心電波形

????????實測連接方法：使用心電電極夾，在右手、左手和右腳上連接心電電極夾子。然后用配套導線連接心電實驗板。硬木課堂實驗平臺為實驗板供電，并且用示波器在ECG端口進行觀察。