薇 陈 霏 宁新宝

     来源：《电子技术应用》

     摘要：系统地介绍了心电数据床边采集系统的开发研究，着重其中的若干关键技术：具有多路选择功能的高性能前置放大电路，以51单片机为核心的软、硬件结构，具有12位分辨率的多通道a/d采样，实时高效的数据压缩算法等。

     关键词：放大器

     多路选择 单片机 ecg信号压缩

     心电诊断较大程度地依赖于对心电数据的处理分析。传统的12导联心电放大系统中，体表心电信号由导联缓冲电路输入后由12路放大电路分别进行放大，最后接入微机系统的12位a/d采样板上。由于每一导联的心电放大电路的通道结构和组成元件完全相同，16通道信号的采集时间不统一。16通道包括常规12导联心电同步采集是目前较普遍的一种心电采集方法，它可以放大出多路的心电信号，能够分析出相关信号间的细节；正交导联 的信号可用于cmp（心室晚电位、心房晚电位[2]、希氏束电位）、vcg（心向量）信号的分析；整形波可用来进行心率变异性的分析。分析信号类别不同，其采集时间也不同：12道常规导联波形要求每导采集8个波形；3道正交导联要求每导采集300个波形；整形波要求存储540个r-r间期。因此要在软件中对各段采集时间加以控制。<2>数据量大。政党成年人的心率在60~100次/分，取60次/分计算，上述三段波形采集的总数据量约为2m字节（以1khz采样频率，12位分辨率）。因此需要适当的实时数据压缩，使数据量压缩到1m字节，同时要扩展数据存储。

     1 放大系统

     图1所示放大系统主要由导联部分、开关部分、放大部分和滤波部分构成。从人体引出的微弱心电位号[1]通过导联电路形成待放大的心电信号（如i、avr、v1等）的组合，由多路开关对16路信号轮流切换，分别得到一对时分复用的信号，送至放大电路进行差分放大。放大后的信号再由一个多路开关还原成16路信号，最后经过低通滤波器滤除高频的开关信号即得到16路连续的放大信号。此时的信号连到单片机采样部分进行采样，或者连到示波器上对波形进行监视。放大部分采用多路开关技术对信号进行时分放大，只用一组放大器即可，大大减小了放大电路和整个系统的体积。

     放大电路的一些设计指标如下：

     电路放大倍数1000、2000、3000可调，共模抑制比cmrr≥100db,输入电压≥2mω，短路噪声≤3uv，多路信号间有高隔离性[1]。

     1.1 导联部分

     导联部分主要由运算放大器op07构成，它具有高输入阻抗、低温漂、失调电压调零电路，可以通过调节使放大电路的基线为零电位。图2是心电信号导联i的输入电路，调节滑动变阻器rw,可以使得两个导联电路的输入电阻平衡，提高放大电路的共模抑制比。

     1.2 开关部分

     开关部分选用两片16选1的多路开关max336，其导通电阻小，各通道间具有高隔离度，由4位地址信号选择导通的输入信号。前端开关由两片max336构成，轮流切换输入的心电信号，开关的切换频率是24khz。后端开关则将放大后的信号还原成16路信号，前后开关的地址信号一致，工作在同步方式下，保证同一时刻对某一路信号的放大与还原。

     16路开关的地址信号由时钟电路提供，ne555芯片构成24khz的振荡器，然后通过16进制的计数器74ls161循环计数，计数值连到max336的地址输入端。

     1.3 放大部分

     放大电路由ad620构成，ad620内部的核心是三运放电路，有较高的共模抑制经cmrr，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系