心电信号测量系统设计资料

一、系统需求
    心电图（ECG）信号测量系统通过测量活组织表面电位来记录心脏在一段时间内的电性活动。通过将生物电位电极放置于人体特定部位以检测心脏的信号，两个电极间的差分电压或某一电极与多电极平均电压之间的差分电压可在测量后显示为 ECG 输出上的一个通道。传统的心电图机信号链中采用 交流（AC）耦合以及硬件的高低通滤波，本设计采用直流（DC）耦合，用 8 个仪表放大器放大 8 个通道的信号， 8 通道信号通过 8 路复用器切换后进入 ADC， ADC 采样结果送入 DSP 进行处理，滤波在 DSP 内用软件实现，处理后的信号通过 UART 或 USB 送到 PC 机进行显示。本设计用于 12 导联直流耦合心电信号的测量，实现了导联脱落信号检测、起搏信号检测、50Hz/60Hz 陷波器选择、高通滤波器截止频率选择等功能。  （ADI参考实际）

      直流耦合心电信号测量系统的硬件结构比较简单，采用仪表放大器和 ADC 组合的结构。这里放大仅由仪表放大器完成，因为存在电极直流偏置影响，系统的放大倍数会受到限制。使用 18 位或更高分辨率的 ADC 对放大后的心电信号进行采样。整个系统功耗较低，过载恢复速度快。

二、系统设计

        在 ECG 信号处理中的一个重要器件是仪表放大器，它实现了对共模信号的抑制并无失真的放大微弱的心电信号。 AD8221 和 AD8220 的卓越共模抑制比（CMRR）性能是 ECG 设计  的最佳器件。本设计中采用 AD8221 对 8 通道信号进行放大，因为采用 DC 耦合方式，所以仪放的增益不会很大。RA 信号经过缓冲后，作为右腿驱动电路的输入，右腿驱动电路可以提高系统抗共模及50Hz/60Hz 的干扰能力。8 通道的信号会送给 ADG1608 进行切换，ADG1608 为 8： 1 的多路复用器。ADC 为 18 位 250kHz 差分输入型的 AD7691， ADC 输入用 AD8475 来驱动。处理器为 BF527，这是一款可工作在400MHz，集成 USB， Ethernet MAC， SPORT， SPI，Timer， DMA 等外设，功耗在 400MHz 时为 80mW。 DSP 强大的处理能力非常适用于高性能滤波和 FFT 处理。USB 隔离器件选用了 ADuM4160。