基于TL084C的心電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

心率作為檢測(cè)身體健康與否的一個(gè)重要指標(biāo)，其重要性不言而喻。心電信號(hào)（ECS）作為強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號(hào)，是一種復(fù)雜的自然信號(hào)，所以對(duì)心電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有其特殊性。而對(duì)心電信號(hào)的了解有助于系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)。

1、心電信號(hào)頻譜分析

心電信號(hào)作為心臟電活動(dòng)在人體體表的表現(xiàn)，是一種毫伏級(jí)的微弱低頻交流生物信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)完整的心電信號(hào)波形包括P波、R波、QRS波、和T波。圖1所示是一般的心電信號(hào)的功率譜分析圖。由圖可見(jiàn)，其主要頻率成份在0．1～35Hz。而QRS復(fù)波群的能量又在心電信號(hào)中占據(jù)了很大的百分比，其能量分布于心電信號(hào)的中高頻區(qū)，峰值大約處于在5～15Hz范圍。

因此，心電信號(hào)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

信號(hào)極其微弱，一般只有0．05～4mV，典型值為1mV；

頻率范圍較低，頻譜范圍為0．1～35Hz，能量主要集中在5～20Hz；

存在不穩(wěn)定性。人體內(nèi)部各器官間的相互影響以及各人的心臟位置、呼吸、年齡、是否經(jīng)常鍛煉等因素，都會(huì)使心電信號(hào)發(fā)生相應(yīng)變化；

干擾噪聲很強(qiáng)。對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必然要與外界聯(lián)系，但由于其自身的信號(hào)非常微弱，因此，各種干擾噪聲非常容易影響測(cè)量。其ECS噪聲可能來(lái)自工頻（50Hz）干擾、電極接觸噪點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)偽跡、肌電噪聲（EMG）、呼吸引起的基線漂移和心電幅度變化以及其它電子設(shè)備的機(jī)器噪聲等諸多方面。

所以，在對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)分析和處理時(shí)，應(yīng)考慮其隨時(shí)間變化的低頻信號(hào)，應(yīng)按其頻譜特性，選擇適當(dāng)?shù)姆糯笙禂?shù)，設(shè)計(jì)出合適的心電檢測(cè)放大電路。同時(shí)又必須進(jìn)行一些必要的抗干擾技術(shù)處理（如負(fù)反饋，濾波等），以得到比較干凈的心電信號(hào)。

2、系統(tǒng)總體要求

由于通過(guò)體表兩極所測(cè)的心電信號(hào)十分微弱，只有毫伏級(jí)（O．05～4mV），而在檢測(cè)心電信號(hào)的同時(shí)又存在強(qiáng)大的噪音干擾，因此，為了能有效精確的測(cè)量，本系統(tǒng)分為前置放大電路、濾波電路、主放大電路等部分，通常需要滿足以下條件：

（1）前置放大器的增益應(yīng)介于200～2000之間，其共模抑制比不應(yīng)低于1000：1（dB）；

（2）前置放大器的差模輸入阻抗應(yīng)≥20MΩ；

（3）電路的電磁輻射要盡可能的低。心電信號(hào)十分微弱，而且很容易串入周圍環(huán)境的噪聲干擾。另外，在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，還需要考慮到電子電路自身的電磁輻射，避免給信號(hào)測(cè)量帶來(lái)新的麻煩。

本心電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。