摘 要：心脏在搏动时，在人体的不同部位产生不同的电位，采用心电导联线将这些信号送入放大器放大并记录下来，就形成了心电图，简称ECG。本文根据心电信号的特征，设计了人体心电信号放大、处理和采集电路，准确采集人体心电信号。

关键词：DSP;心电信号;高低通滤波电路;50Hz陷波器

引言：

基金项目：重庆市教育委员会科学技术研究计划体外反搏装置治疗效果最优控制方法研究资助项目（KJQN201903201）。心电信号十分微弱，典型幅度在50uV-50mV之间，其频率在0.05～100Hz之间[1]，一个正常的心电信号，由P波、QRS波群、T波等组成。根据心电信号的幅度和频率特征，本文设计了心电信号的放大、采集和处理电路。

1.系统总体方案

系统总体方案如图1所示，包括输入缓冲电路和威尔逊平衡网络、共模驱动电路和右腿驱动电路、前置放大电路、高低通滤波电路、50Hz陷波器、程控放大电路、显示电路和信号处理电路组成。

2.功能模块设计

2.1 缓冲电路和威尔逊网络

缓冲电路和威尔逊网络[2]如图2所示，心电电极线从人体体表采集心电信号，经导联线RA、LA传到如图2的输入缓冲电路，在电路输入端接入TVS放电管保护后级处理电路，该输入缓冲电路由图2的电压跟随器U1A和U1B组成。

2.2 共模驱动和右腿驱动电路

心电采集时，人体携带交流共模干扰，去除的有效方法是采用右腿驱动电路[4]，电路原理如图2所示。该电路的原理是在共模驱动电路的基础上，共模驱动电路信号经放大器U1C、R2构成反相放大器，并通过限流保护电阻R3接人体右腿，C4的作用是使右腿驱动电路稳定。

如果从反馈信号中检测到共模电压，会通过R3反馈到右腿[2]。人体的位移电流不是流向大地，而是通过U1C输出。当病人和地之间出现高电压时，放大器U1C饱和，U1C等效于接地，右腿驱动电路不起作用[3]。

2.3 前置放大电路

前置放大电路由并联差动电路和仪器放大电路组成，并联差动电路如图2所示，由运算放大器U2A、U2B，电阻R8、R9和R10组成，信号放大5倍。

仪器放大由低噪声的集成仪器放大器INA327作为放大器的核心元件，电路如图3所示。放大器输出端设计有高通滤波器，可以抑制极化电压。

2.4 滤波电路

在人体心电采集时，由于存在极化电压，导致基线漂移，在该项目中设计高通滤波器，截止频率0.5HZ，可以抑制基线漂移，电路如图3所示，由运算放大器U4A，电阻R18、电容C6、C7组成。

心电信号采集时，存在肌电干扰（几百Hz以上），高频干扰，为了提高心电信号的质量，减少软件处理时间，有必要滤除100Hz以上的高频干扰信号，设计低通滤波器的转折频率为100HZ左右，电路如图3所示，由运算放大器U4B，电阻R21、R24和电容C1组成。

2.5 50HZ陷波电路

在人体心电采集时，50HZ工频干擾是主要干扰源，电路采用RC双T网络二阶带阻滤波器，可以比较好的滤除工频的干扰，电路如图4所示，由运算放大器U3A，电阻R25、R26、 R27电容C2、C3、C11组成。

2.6 程控放大电路

人体心电信号经过前置放大和滤波处理后，信号比较稳定，在后级放大电路采用程控放大电路，由PGA205组成，放大倍数由DSP控制，使用程控放大电路可以把信号放大到比较稳定的范围，有利于DSP控制系统分析处理。

2.7 信号采集、处理和控制电路

项目的MCU选取美国TI 公司的TMS320F2812DSP芯片。TMS320F2812采用哈佛总线结构，具有密码保护机制，并可进行双16×16乘加和32×32乘加操作，因而可兼顾控制和快速运算的双重功能。

参考文献：

[1] 林家瑞编著. 微机式医学仪器设计.华中科技大学出版社.2004

[2] 李刚编著. 生物医学电子学. 电子工业出版社.2008

[3] 汪明 基于ARM7的远程心电监护终端设计与实现 南京理工大学硕士论文 2009年6月

作者简介：王政（1988-），男，汉族，重庆市人，助教，研究方向：嵌入式系统设计