标准导联连接方式如图1.3所示。
图1.3 标准导联的三种方式
按照常用的使用方法分别对标准导联的三种连接方法进行编号,如表1.1所示。
表1.1 标准导联标记
导联方式 正极 负极 接地
Ⅰ 左臂(LH)黄 右臂(RH)红 右腿(RL)黑
Ⅱ 左腿(LL)绿 右臂(RH)红 右腿(RL)黑
Ⅲ 左腿(LL)绿 左臂(LH)黄 右腿(RL)黑
电源部分主要是芯片的供电,均采用干电池供电,这里我们从放大电路引出反馈补偿电路,用于右腿驱动,组成完整的回路,信号采集部分的电路原理图如图1.4所示。
图1.4 心电采集模块与电源模块电路原理图
本设计采用标准导联Ⅰ的方式,右臂(RH)接前置放大器AD620AN负输入端(-),左臂(LH)接前置放大器AD620AN正输入端(+),右腿(RL)参考电极连接到右腿驱动补偿电路。
3.2 前置放大电路部分的设计
在本次设计中,前置放大电路采用了集成仪表放大器AD620AN。由于心电信号的电信号比较微弱,所以对其质量要求就有相对较高的要求,对波形质量的要求也比较高,要求具有很高的输入阻抗,高共模抑制比,低噪声和低漂移,综合以上的要求,我们选择了AD620AN这款放大器来实现本设计,现在市面上许多的心电采集放大也均采用了这款放大器。所以本次设计同样也采用放大器AD620AN来进行放大电路的设计。
3.2.1 AD620AN芯片简介
AD620AN是一款低成本、高精度仪表放大器,仅需要一个外部电阻来设置增益,增益范围为1至10000。此外,AD620AN采用8引脚SOIC和DIP封装,尺寸小于分立式设计,并且功耗较低(最大电源电流仅1.3mA),因此非常适合电池供电的便携式(或远程)应用。AD620AN芯片的基本特点是精度高、噪声低、高输入阻抗、高共模抑制比、低失调电压、低失调漂移,而且使用简单,其内部方框图如图1.5所示。
图1.5 AD620AN内部方框图
在使用中,芯片的1号和8号管脚接Rx,2号管脚为反相输入端,3号管脚为正向输入端,接入弱电压信号,4号管脚接-3V电压,7号管脚接+3V电压,5号管脚为参考基准,6号管脚为输出端。芯片的管脚图如图1.6所示。
图1.6 AD620AN管脚图
AD620AN放大器的增益可以通过调整Rx的阻值来调整,其增益可以通过公示(1.1)来进行计算。
(1.1)
AD620AN增益范围是1~1000。它具有低耗电、高精度、低噪声、温度稳定性好、放大频带宽、低失调电压、低失调漂移、高共模抑制比、高输入阻抗、调节方便等特点。该芯片可提供的最大电流为1.3mA的电流。适用于ECG测量、医疗器件、压力测量、信号采集等多种场合。
3.2.2 前置放大电路设计
根据本设计采用的标准导联Ⅰ的连接方法,输入端口分别接入放大器的正负输入端,R1、R3、RC1共同决定放大电路的放大倍数。其电路原理图如图1.7所示。
图1.7 主放大电路原理图
在本电路工作中,由于心电信号非常的微弱,所以要求其放大倍数就要非常的高,大概1000倍左右,但是根据小信号放大器的设计原则,前级的增益不能设置的很高,因为如果前级增益过高的话,对于后续电路在噪声的处理时将有一定的不利影响,所以在本次设计中,要求前级电路放大8倍,这样以便于后面对心电信号的处理。
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