心电信号放大电路
一种心电信号采集放大电路的简单设计方法
一种心电信号采集放大电路的简单设计方法
心电信号采集放大电路是一种将人体心脏电信号放大的电路，一般采用放大器、滤波器、隔离器等组成。
以下为一种简单的设计方法：
1. 选择放大器芯片
选择一个合适的放大器芯片，一般选用高质量低噪声的运放芯片，如AD620、AD8226等。
这些芯片具有高增益、低噪声等特点，适合于心电信号的放大。
2. 设计放大器电路
使用选择的芯片设计放大器电路，将心电信号输入放大器的非反馈端，输出连接到反馈端。
可以根据需要调整电阻和电容值来获得合适的增益和滤波效果。
一般放大倍数在100-1000之间。
3. 加入滤波器电路
由于心电信号存在很多干扰信号，所以需要加入滤波器来滤除掉干扰信号，使得输出信号更加可靠。
常用的滤波器如低通滤波器、带通滤波器等。
4. 设计隔离器电路
为了避免放大电路与其他电路之间的交叉干扰，需要加入隔离
器电路，将输入和输出信号隔离开。
一般采用光电耦合器或变压器等。
5. 验证电路性能
制作完成后，需要对电路的性能进行验证。
可以使用示波器、信号发生器等测试设备来检测电路的增益、频率响应等性能参数，以确保电路可靠度、准确性和稳定性。
通过以上简单方法，可以设计一款高质量的心电信号采集放大电路。
单通道心电放大电路
Auf s s
2
4 1 R2 R2 R1 RC
s 2 1 RC
2
1 s 2 2 RC
2
2 s 2 0
s
0
Q
s
2 0
4.1）
且
0
1 1 , K 1, Q RC 4 1 R2 R2 R1
1.3 原理图与 PCB 设计图
1.4 实物图
1.5 前置放大结果
2. 高通滤波
2.1 设计原理 为了滤除基线漂移等影响，在前置放大器后直接连高通滤波器，使 心电信号更加稳定。 由于第一级放大电路会将噪声和有用信号一起放大， 因此只在第一级放大电路中将心电信号放大了10倍左右，所以在这一级 的高通滤波电路中，还需将信号放大，这一级中我们组将信号放大了11 倍。截止频率ω=1RC=0.05Hz, 假设R=500KΩ， 则， C=4μF， A=RfR1=10 2.2Multisim 软件仿真实现
（4.2） 因此该带阻滤波器截止频率 f 为：
(4.3) 得出： （4.4） 最终选择 R10=R11=6.8K；C7=C8=0.47uF。 计算得出 f0=1/2*3.14*6.8K*0.47uF=49.85Hz,基本满足实际需求。 该电路对对称性要求很高， 当电路不对称式， 对 50Hz 滤波效果明显减弱， 因此，在焊接前，应事先测量电阻电容的大小，以保证电路的对称性。 该滤波器的优点是品质因数可以调节，如图 2.1 调节 R13,R14 的值可以 控制品质因数 Q 的值，使得曲线有比较陡峭的过渡带，且和带阻滤波器的中 心频率无关。 其原理图如图 2.1 所示：
单通道心电放大电路
组员：马铭余，陈伟鹏，易兵，黄伟骏
新型心电信号前置放大电路设计
本栏目责任编辑：冯蕾网络通讯及安全·新型心电信号前置放大电路设计张磊．张辉（安徽大学大学计算机教学部，安徽合肥２３００３９）摘要：基于经典的仪表放大器基本框架，改选和设计了一种可用于心电信号采集的前王放大器。
根据心电信号采集的特点，通过增加射频滤波器、右腿驱动电路和高通负反馈滤波器等措施，提高了放大器的共模抑制比，对被洲的人体具有更安全的保护作用。
结果表明该放大器在频率响应特性、共模抑制比等性能参数方面符合标准，可用于ＥＣＧ监护仪中。
关键词：心电图；放大器；共模抑制比；增益；滤波中图分类号：删２文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００８）０１－１００４１－０４ＮｅｗＤｅｓｉｇｎｏｆＰｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒＣｉｒｃｕｉｔｆｏｒＥＣＧＳｉｇｎａｌＺＨＡＮＧＬｅｉ，ＺＨＡＮＧＨｕｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｌｌｅｇｅＣｏｍｐｕｔｅｒＴｅａｃｈｉｎｇ，Ａ１１ＩｌｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ２３００３９，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｅＵＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｌａｓｓｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ａｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｆｏｒｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＥＥＧｓｉｇｎａｌｓｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄａｎｄｄｅ—ｓｉｇｎｅｄ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｔｈｅＥＣＧｓｉｇｎａｌｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｗｅａｄｄｒａｄｉｏｆｉｌｔｅｒ，ａｌｉｇｈｔ—ｌｅｇ—ｄｒｉｖｅｎｃｉｒｃｕｉｔ、ａｈｉｇｈ—ｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ、＾，ｉｄｌＣＭＲＫｏｆｔｈｅｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｈｉｇｈｅｒａｎｄｓａｆｅｒｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｅｄｐｅｒｓｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｒｅｖｅｒｓｅｆｅｅｄｂａｃｋａｎｄｏｎ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄＣＭＲ．Ｒ．ｍｅｅｔｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ，ｍａｋｉｎｇｉｔｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒＥＣＧｍｏｎｉｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ；ｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｃｏｍｍｏｎｍｏｄｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎｒａｔｉｏ；ｇａｉｎ；ｆｉｌｔｅｒ１引言心电信号是在心脏有规律地收缩和舒张过程中，心肌细胞产生的动作电位综合而成的电信号。
心电图信号放大器的设计与仿真特性分析
取R9=1KΩ，R10=24KΩ。C1、R8构成高通滤波器，要求 f =0.032Hz。取R8=1MΩ，则可算出C1=4.58μF，取标称值电容C1=4.7μF，算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2，R10构成低通滤波器,要求f =250Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称值电容C2=0.033μF，最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可见满足带宽要求。
差模电压增益：1000(5V/5mV)；
差模输入阻抗：>10MΩ；
共模抑制比：80dB；
通频带：0.032Hz～250Hz。
2、方案设计
根据性能指标要求,要采用多级放大电路，其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2)，由于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。
设计一个心电图信号放大器。
已知: Hz。
(2）人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。
(3）放大器的输出电压最大值为-5V～+5V。
1、确定总体设计目标
由已知条件（1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件（2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外，为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号)，要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此，最后决定的心电放大器的性能指标如下：
一种心电信号采集放大电路的简单设计方法
针对心电信号的上述特点 ,对采集电路系统的设计 分析如下 :
(1) 信号放大是必备环节 ,而且应将信号提升至 A/ D 输入口的幅度要求 ,即至少为“V”的量级 ;
(2) 应尽量削弱工频干扰的影响 ; (3) 应考虑因呼吸等引起的基线漂移问题 ;
(4) 信号频率不高 ,通频带通常是满足要求的 ,但 应考虑输入阻抗 、线性 、低噪声等因素 。
Keywords : ECS ;acquisition ;amplifier ;circuit design
1 人体心电信号的特点
心电信号属生物医学信号 ,具有如下特点[124 ] : (1) 信号具有近场检测的特点 ,离开人体表微小的 距离 ,就基本上检测不到信号 ; (2) 心电信号通常比较微弱 ,至多为 mV 量级 ; (3) 属低频信号 ,且能量主要在几百赫兹以下 ; (4) 干扰特别强 。干扰既来自生物体内 ,如肌电干 扰 、呼吸干扰等 ;也来自生物体外 ,如工频干扰 、信号拾 取时因不良接地等引入的其他外来串扰等 ; (5) 干扰信号与心电信号本身频带重叠 (如工频干 扰等) 。
图 6 实验中采集到的心电波形
5 结 语 采用以 AD620 及 O P07 为核心的信号放大器来实
现心电信号的放大 ,电路功耗小 ,灵敏度高 ,理论上最低 只需 3 V 的电源 ,可由外接电池提供 ,容易实现基于移 动式设备 (如笔记本电脑) 为核心的心电信号采集及处 理 ,是一种实用的心电信号前端采集放大电路 (信号的 进一步优化可在采集后由软件进行调理) 。
(4)
实际增益由于高通滤波及其他损耗的存在 ,要比理
论估算值略小 ,但已满足放大输出的要求 。
图 3 01 03 Hz 高通滤波电路
心电前置放大电路的研究_张舒
放大器的选择有一定的原则： 在满足给定输入、 负载、精度及环境要求条件下， 尽可能选用通用型、 低成本的运放。根据集成运放的选用原则， 分析实际 使用条件， 正确选择合适的运放， 做到经济合理。在 选用运放时， 必须考虑到如下问题：
６结论 通过对数据缓冲区的合理调度， 对ＤＳＰ的ＤＭＡ功能
的充分应用， 存储空间的优化， Ｃａｃｈｅ功 能 的 使 用 ， 以 及对运动搜索算法的适当选取和改进， 各个核心运算 程序模块的代码优化， 共同构成了高效的视频编码系 统 。该 系 统 最大 程 度 地 发 挥Ｂｌａｃｋｆｉｎ ＤＳＰ的 性 能 ， 保 证 了编码器的实时性， 并且达到相对最佳的性能。 参考文献 １ ＩＴＵ－ Ｒ ＢＴ．６０１／６５６． “Ｔｈｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｓｔａｎｄａｒｄ ａｃ－
传感器采集到的心电信号首先进入由电阻和电容 组成的无源低通滤波器， 滤波器的截止频率选在１０ｋＨｚ 左 右 。 由 于 信 号 中 混 有 各 种 干 扰 噪 声 会 影 响 ＥＣＧ的 有 用 信号， 因此需要对这些噪声进行滤波。噪声来源主要 有两类， 一类是各种电子设备辐射出的高频噪声， 一 类是市电的５０Ｈｚ噪声， 通常情况下后者影响尤为明显。 对 这 些 噪 声 的 滤 波 需 要 用 到 低 通 滤 波 器 。ＥＣＧ的 低 通 滤 波器通常情况下截至频率选择在１００Ｈｚ以下， 少数情况
332心电中间放大器的设计信号经高通滤波器隔直滤波后进入中间放大器又因前置放大限制了放大倍数因此二级放大需要有较大的倍数才能使心电信号足够大满足要求的同时为消除高频成分需经过低通滤波环节由于心电信号频率为005hz100hz故设定低通滤波器的截至频率为100hz
新型心电信号前置放大电路设计解读
新型心电信号前置放大电路设计
摘要：基于经典的仪表放大器基本框架，改进和设计了一种可用于心电信号采集的前置放大器。
根据心电信号采集的特点，通过增加射频滤波器、右腿驱动电路和高通负反馈滤波器等措施，提高了放大器的共模抑制比，对被测的人体具有更安全的保护作用。
结果表明该放大器在频率响应特性、共模抑制比等性能参数方面符合标准，可用于ECG监护仪中。
关键词：心电图；放大器；共模抑制比；增益；滤波
中图分类号：TP342文献标识码：A文章编号：1009－3044(2008)01－10041－04
(责任编辑：背包走天下)。
实验八 心电放大电路分析与仿真
《模拟电子技术》教案实验八心电放大电路分析与仿真【教学主要内容】心电放大电路分析与仿真【教学目的与要求】1、分析并仿真心电放大电路；2、爱护工具、器材、整理、清洁、习惯与素养。
【教学重点与难点】重点：1、运算放大器的性能特点及理想运算放大器的特点；2、同相和反相比例运算电路的电路组成和比例运算关系；难点：1、用multisim软件对电路进行仿真实验；2、同相和反相比例运算电路的电路组成和比例运算关系；3、运算放大器的性能特点及理想运算放大器的特点。
【教学准备】机房、教案、授课计划、教学大纲等【教学后记】【复习旧课】（5分钟）1、整理课堂秩序【引入新课及讲授新课】（65分钟）1、人体心电信号的特点：1）、信号具有近场检测的特点，离开人体表微小的距离，就基本上检测不到信号。
2）、心电信号通常比较微弱，至多为mV量级。
3）、属于低频信号，且能量主要在几百赫兹以下。
4）、干扰特别强。
5）、干扰信号与心电信号本身频带重叠。
2、采集电路的设计要求1）、信号放大时必备环节，而且应将信号提至A/D输入口的幅度要求，即至少为V 的量级。
2）、应尽量削弱工频干扰等影响。
3）、应考虑因呼吸等引起的基线漂移问题。
4）、信号频率不高，通频带通常是满足要求的，但应考虑输入阻抗、线性、低噪声等因素。
一、实验步骤1 采集电路设计分析过程1．1 前级放大电路设计由于人体心电信号的特点，加上背景噪声较强，采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大，这就对前级(第一级)放大电路提出了较高的要求，即要求前级放大电路应满足以下要求：高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移、非线性度小；合适的频带和动态范围。
为此，选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放)。
AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)，其内部结构如图1所示。
该放大器有较高的共模抑制比(CMRR)，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小且具有调节方便的特点，是生物医学信号放大的理想选择。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
浅谈滤波器在心电信号放大电路中的应用
1 实验目的与意义
心电信号十分微弱，一般在0.05-100Hz之间，幅度小于5mv。
在检测心电信号的同时存在着极大的干扰。
心电波仪器通过传感系统把心脏跳动信号转化为电压信号波形，一般为微伏到毫伏数量级。
这是需经过信号放大才能驱动测量仪表把波形绘制出来。
本实验通过应用运算放大器设计心电放大电路，目的是可以实现有效滤除与心电信号无关的高频信号，通过系统，可以得到放大，无干扰的心电信号。
本实验将就心电放大电路中的滤波器部分进行重点研究，采用multisim10.1进行仿真，分析其实现的功能以及所起的作用。
心电信号放大电路的其余部分将做简要介绍。
2 心电放大电路工作原理
心电信号放大电路原理流程图
2.1前置放大电路
放大微弱的心电信号。
具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、具有一定的电压放大能力的特点。
2.2高通滤波电路
通过频率大于0.05Hz
的信号，排除低频信号干扰。
2.3低通滤波电路
通过频率低于100Hz的信号，排除高频信号干扰。
2.4带阻滤波电路
有效阻断工频为50Hz的信号干扰。
2.5电压放大电路
对处理过的心电信号进行放大，以便能够观察出微弱的心电信号。
3 技术指标
信号放大倍数：1000倍
输入阻抗：≥10MΩ
共模抑制比：K cmr≥60dB
频率响应：0.05-100Hz
信噪比：≥40dB
4心电放大电路介绍与分析
4.1前置放大电路
可应用AD620来设计放大电路，设计图如下
根据心电信号特点，前置放大电路具有以下特点：
1）高输入阻抗：被提取的心电信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻的影响，应提高放大电路的输入阻抗。
2）高共模抑制比：人体所携带的工频干扰以及所测量的参数以外的生理作用的干扰，一般为共模干扰，前置级须采用共模抑制比高的差动放大电路，以减少共模干扰。
3）低噪声，低漂移：使其对信号源影响小，输出稳定。
此放大电路可实现增益1-1000倍的调节。
4.2滤波电路
正常心电信号的频率范围为0.05-100Hz。
噪声信号来源主要有工频干扰、电极接触噪声、人为运动肌电干扰、基线漂移等，其中50Hz的工频干扰最为严重。
为了消除这些干扰信号，在心电信号放大器电路中，应加入高通滤波器、低通滤波器和50Hz工频信号陷波器。
4.2.1 高通滤波电路
本实验采用二阶有源滤波器，参数设置以及电路图如下。
f min=错误!未找到引用源。
=0.05Hz
令C1=C2=100µF
R1=R2≈32kΩ
输入1Vpk，0.05Hz的正弦交流信号
二阶高通滤波器
二阶高通有源滤波的幅频与相频响应
高通滤波器的幅频相频响应如上图所示，可以看出，当向高通滤波器输入频率0.05Hz 的正弦交流信号时，读取电路的截止频率为48.7906mHz，与理论值0.05Hz极为接近，故该电路可以实现高通滤波器的作用。
4.2.2低通滤波电路
本实验中采用二阶有源低通滤波器对信号进行处理，参数设置以及电路图如下。
f max=错误!未找到引用源。
=100Hz
令C=105nF
则R≈15kΩ
输入1Vpk，1kHz的正弦交流信号
二阶低通滤波器
二阶低通有源滤波的幅频与相频响应
低通滤波器的幅频相频响应如上图所示，可以看出，当向高通滤波器输入频率1kHz的正弦交流信号时，读取电路的截止频率为97.3930Hz，与理论值100Hz
极为接近，故该电路可以实现低通滤波器的作用。
4.2.3带阻滤波器
工频干扰是心电信号的主要干扰，且频率处于心电信号的频率范围之内。
50Hz工频信号陷波器可以采用应用广泛的有源带阻滤波器，原理图如下。
带阻滤波器
带阻滤波器的幅频和相频特性
由下图可以读出，该电路的中心频率为49.661Hz，与工频50Hz基本吻合，可以达到滤除工频干扰的目的。
4.3电压放大电路
根据前面各级电路计算所得放大倍数，此处采用反相放大倍数将信号最终放大到1000倍即可，此处不做详述。
5实验总结
实验通过前置放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、带阻滤波电路以及电压放大电路实现了对心电信号的放大和干扰滤除功能。
重点应用multisim软件对滤波器和陷波器的作用进行了仿真。
发现通过电路及参数的正确设置可以实现过滤0.05-100Hz心电信号并将其放大1000倍进行输出的功能。