一种便携式心电信号采集系统的电路设计一种便携式心电信号采集系统的电路设计
随着生活水平的提高，健康问题引起人们高度重视，尤其是对心脏疾病方面，因而从医院大型设备到便携式仪
器，甚至各种远程诊断设备，都有飞跃发展，而所有心电设备的基础都是精确采集到心电信号。
随着生活水平的提高，健康问题引起人们高度重视，尤其是对心脏疾病方面，因而从医院大型设备到便携式仪器，甚至各种远
程诊断设备，都有飞跃发展，而所有心电设备的基础都是精确采集到心电信号。在大型设备中，对采集电路的性能要求严格，
因此电路设计复杂，体积较大。在便携式设备中，对采集电路要求性能和体积的统一。因此在便携式自动心电诊断系统的项目
背景下，设计出便携式心电信号的采集电路。
1 心电图产生机理
在人体内，窦房结发出一次兴奋，按一定途径和时程，依次传向心房和心室，引起整个心脏兴奋。因此，每个心动周期中，心
脏各个部分兴奋过程中出现的生物电变化的方向、途径、次序和时间都有一定规律。这种生物电变化通过心脏周围的导电组织
和体液反映到身体表面上，使身体各部位在每一心动周期中也都发生有规律的生物电变化，即心电位。若把测量电极放置在人
体表面的一定部位，记录处心脏电位变化曲线，即常规心电图(Electrocardiogram，简称ECG)。
2 系统结构
便携式心电监护仪的目标是具备自动诊断心脏疾病的功能，同时便于家庭和旅行使用。这里主要给出便携式心脏疾病自动诊断
设备的前端部分，即信号采集和处理部分。心电信号的采集主要由放大、滤波等模拟电路完成。心电信号在FPGA控制下，实
现信号的数字化，以便后续进一步处理和存储，系统整体结构如图1所示。
3 采集心电信号
3．1 心电信号的特点
正常心电信号的幅值范围为10 V～4 mV，典型值为1 mV。频率范围在0．05～100 Hz，而90％的频谱能量集中在0．25～35
Hz之间。在检测微弱的心电信号时还要注意到噪声的抑制。这些噪声主要有皮肤与电极接触的极化电压、其他生理信号的混
入、电子器件的噪声、无线电波和工频干扰等。
根据心电信号非常微弱的特点，采集心电信号的前置放大电路需要具备高输入阻抗、高共模抑制比、放大器低噪声和低漂移等
方面性能。
综合考虑以上要求，这里选用放大器为AD620。AD620的输入阻抗为10GΩ，增益为10时的共模抑制比为100dB，最大温度漂
移O.6μV／℃。从AD620的参数指标上看，适用于心电的前置放大电路。
3．2 导联系统
从人体体表采集心电时，首先要考虑2个问题：一是电极的放置位置。二是电极与放大器连接形式。临床上为了统一和便于比
较所获得的心电波形，对测定ECG的电极位置和与放大器的连接方式都做了统一规定，称为心电图的导联系统，常称导联。
广泛认可的国际标准十二导联，分别为I、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1～V6。其中I、Ⅱ、Ⅲ导联为双极导联，其余为单极导
联。I、Ⅱ、Ⅲ导联又称肢体导联，拾取左右臂和左腿的任两者之间的电位差，所以是双极导联。双极导联不反映单电极的电位
变化。单极导联是一端接参考电极，另一端接探查电极，反映心脏局部电位变化。V1～V6便是一端接参考电极，一端的探查
电极放在胸部的6个位置。aVR、aVL、aVF称为加压肢体导联，是改变参考电极端，使信号幅度增加一倍的肢体导联。
3．3 一级放大
心电信号一级放大器选用AD620，它在输入阻抗、共模抑制比、低噪低漂移上具有出色的性能。另外，AD620采用差分放
大，能够有效地抑制噪声。一级放大倍数不宜太大，因为在采集信号时可能产生电位波动和极化电压及其他噪声，给后续电路
处理噪声带来不便，建议在7～lO倍。电路连接如图2所示，另外，AD620的REF引脚接地。
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