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中 国 医 疗 器 械 杂 志
! ∀ #∃ % &% ∋( ) ∗ ∃ + , ( −. % / #% + , 0∃ &1∗ ) 2 % ∃ 1+ 1 #( ∃
�33 � 年
� �卷第 4 期
文章编号 5 6�7 6一 7 634 8� 33 �934 一 3 � � 一 3:
三通道 ; ! < 信号微机
检测系统前置放大器的研制
王忠友 , 吴水才 , 林家瑞
华中科技大学 8湖北 , 武汉 , 4:3 37 4 9
提要 介绍基于 =! 机的三通道 ; !< 信号微机检测系统前置放大器及其性能指标 。 放大器经实测和临床检验 , 性能指标
满足系统要求 , 达到了可临床应用的目的 。
关键词 ; !< 信号 > 前置放大器 > 6〕! ? 】≅ 二隔离变换器
中圈分类号 5 Α : 6 Β � 文献标识码 5 Χ
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我们研制 的三通道 ; !< 信号微机检测系统 ,
是利用 =! 机采集人体心电信号 , 并进行适当的分
析 , 为临床疾病诊断提供较准确的依据。 当前采集
人体心电信号 , 通常采取人体皮肤表面安装极化电
极提取 , 而体表电极提取的心电信号非常微弱 , 通常
只有几 2 Ξ , 又由于各种噪声和干扰 8尤其是 Ψ3 Θ Ρ
工频干扰 9, 使心电信号的提取变得比较困难 。
要获得能便于 =! 机处理的心电信号 , 一方面
要提高心 电信号的信噪比 , 另一方面要将心电信号
放大到足够幅度 。 因此 , 心电信号前置放大电路的
设计就显得非常重要 。
三通道 ; !< 信号微机检测系统 。 由三 向量 ≅ 、
Ζ 、 Ν 导联 、 ; !< 前置放大电路 、 Χ [ Ε 转换卡 、
Ε < Ε ! 隔离变换器和 =! 机等部分组成 , 如图 6 所
示 。三通道采集的 ; !< 信号分别送 Χ刃转换卡 , 通
交流 � � 3Ξ
≅ 导联
Ζ 导联
Ν 导联
右脚驭 薰叫 打印机’
收稿日期 5 �仪准3华�3
作者简介 5 王忠友 , 在职研究生 >吴水才 , 博士 >林家瑞 , 教授 , 博士生
导师 , 本刊编委 。
图 6 三通道 ; !< 微机检测分析系统框图
∴#Η Β : Β Δ ∀ % Σ ,(Γ ] / #+Η ∗+ 2 ( − 1∀% / %1 % %1#∃ Η +∃ / + ∃+ ,ϑ& &ϑ&1%2 ( −孰 ∀+∃ ∃ % ,; !< & #Η ∃+ ,&
过 Χ [ Ε 转换后的心电信号经微机采样以数据文件
的形式存盘 , 由系统软件包处理后的结果 , 既可在监
视器中显示 , 又可通过打印机输出。
系统中采用的 Χ [ Ε 转换卡是北京瑞博华控制
技术有限公司生产 0& Χ 插卡 , 该卡带程控放大 、 光
电隔离和 Χ用转换等功能 , 要求输人的模拟信号为
3一 士 ΙΞ 。 为此 , 我们设计了一个提取 ; !< 信号的
前置放大电路 ,见 图 � 所示 。
6 前1 放大电路
由于心电信号取自人体表面 ,信号源阻抗较大 ,
背景噪声强 , 因此要求采集的电路具有 5 8,9 高增益
�33 � 年
�� 卷第 4 期
中 国 医 疗 器 械 杂 志
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一一 ΞΞΞ弘弘弘弘弘曰曰 Β ∋∋∋∋∋∋∋ 匕匕卢卢卢卢卢卢卢卢
犷犷犷已已已已已已已已 汤汤汤汤汤汤汤广广广广广广广广广广巴巴巴巴
ΒΒΒ 『『
图 � 三通道前置放大器电路
∴#Η Β � Β Δ ∀% % #∗Γ ) #1 ( −阮∀+ ∃ ∃ % ,⊥ ∗ %+2 ⊥ ,#−#%∗
且可调节 , 以便处理幅值微弱且因人变化较大的情
况 > 8�9 高输人阻抗 、低噪声 , 以便提高心电信号的信
噪 比 > 8:9 高共模抑制比 , 以消除工频及电极极化电
位的干扰 > 849 低漂移 , 以防高放大倍数的前置放大
器 出现饱和 > 8Ψ 9合适的带宽 , 以便有效地抑制噪声 ,
提取有用信号 > 8�9 高安全性 , 以确保人体的绝对安
全 。
根据以上要求 , 设计的 ; !< 放大电路第一级
采用 了 ΧΕ 公 司的高性能运 放 ΧΕ � �38 Χ 6一 Χ :9 ,
第二级采用 Δ ,公司的 Δ Π; � 6448 0! �9 , 滤波电路采
用 . Χ≅ 公 司 的 可 编 程滤 波器 . Χ ≅ �7Ψ 80! : 、
0!4 9。 0! 0Χ一 ! 8Δ Π ; � 64 4 9为屏蔽驱动 , 可低消信
号引人端藕合电容的影响。 0! 0Ε 为右脚驱动 , 可提
供有效抑制 Ψ3 Θ Ρ 工频干扰 。 另外 , 为了防止特殊情
况下工频干扰太严重 , 在放大电路的后面增加了
Ψ3Θ Ρ 工频陷波电路 80!Ι 、 0! � 、0!7 9。 三通道前置放
大器电路见图 � 所示 。
该电路的增益分配为 5 Χ Ε �� 3 组成的第一级放
大器放大倍数为 � Ψ 倍8可用公式 5放大倍数 Χ 二 4 _Β
4] ∃ 艰Η ⎯ 6 计算 , Α Η 即为 Χ Ε �� 8心 、� 脚之间所接
电阻 � !∀ 、 � #!∀ 、� ∃! ∀ 。该电阻要十分精确 , 我们选
用精度为 ! % ! & 的金属膜电阻 , 否则将严重影响
∋ ( )# ! 的低噪声性能∗ + , −. # 科 组成第二级放大
电路 , 放大倍数为 #/ 倍 + 0 ∋ 1#∀ /组成的可编程滤
波器 , 其带宽范围为 !一∃!2∗ 3 4 , 增益为 #!5 6 2即 !
倍 ∗ , 每一通道的三级放大电路提供的最大综合放大
倍数为 #/ 1 #/ 1 ! 77 )# / ! 倍 。 8 99 、8 : ; 、8 ∃ 可
调整放大器的增益 , 在本系统中每一通道的三级放
大器的综合增益调整为 #/ ! 倍 2后两级综合放大倍
数为 /! 倍 ∗。 � < 常数主要 由 < ! / 与 � != 、 <# !/
与 � #!= 、 < ∃!/ 与 � ∃!= 确定 , 它的大小将对低孩段
有较大影响 , 设计时一般要求大于 #秒 。
( ! 和 ( !#、( #! 和 ( #! #、( ∃! 和 ( ∃!#既
起到钳位作用 , 又可达到基线自恢复目的 。
# 带通滤波器
在 前 置 放 大 电 路 中 采 用 的 带 通 滤 波 器
0 ∋ 1#∀ /2 图 # 中的虚线框内部分 ∗ , 是美国 0∋1 %
;0 公司生产的一种 比较好的有源滤波器 。 该器件
随芯片带有可提供设计参数的编程软件 , 利用该软
件可设计出适用于 6 > ? ?≅ Α Β Χ Α ?Δ 、 6 ≅ Ε Ε ≅ 9和 <Δ ≅ Φ少
ΕΔ ≅ Γ 等几种类型的滤波器 。 我们采用的是 6≅ ΕΕ≅ 9滤
波器二阶设计方式 , 设计的高频端特征频率 Η。二
#= Ι3 4 左右 , 配合前面的 � < 常数 , 使滤波器不仅提
供 ! % ϑΚ3Λ 一 #=Ι3 Λ 的带通 , 还提供了 #! 分贝 2即
! 倍 ∗的放大量 。
∃ 】∗ < % ( < 隔离电源
为人体安全起见 , 采用的 ∋刃转换卡内带光电
隔离藕合器 。 放大电路供电采用北京新雷能有限公
司生产的 ( <Μ ( < 隔离变换器 Ν � # ( # , 见图 ∃。该
( < 门( < 隔离变换器的输人与输出隔离电压大 2达
% ΕΟ Γ (Π ∗ 、纹波小 2 Θ ∃!ΑΡ ΣΤ 一Υ ∗ 、精度高 2在输人电
压 士 /& 变化时 , 输出电压精度为士∃& ∗ 。 由图可
见 ,该隔离电源不仅结构简单 , 且可有效地将我们自
制的 . <ς 前置放大电路与电网隔离。 如此处理后 ,
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