2005-7简易心电图仪(B题)的讨论教学.ppt

关于《简易心电图仪（B题）》的几点讨论 华中科技大学 瞿安连 关于《简易心电图仪（B题）》的几点讨论 1. 题目意图及知识范围 2.?设计重点与方法 3. 竞赛作品评述 1. 题目意图及知识范围 本题侧重于弱信号的检测，主要内容包括放大器、噪声抑制、有源滤波器等。 在1999年举行的第四届全国大学生电子设计竞赛中曾有测量放大器（A题）的设计课题与本题属同一类型。 1. 题目意图及知识范围 基本部分涉及基本仪表放大电路和稳压电路以及放大器的增益、频率响应、共模抑制比、输出电压动态范围、稳压电源噪声等基本知识。 1. 题目意图及知识范围 发挥部分的内容要求学生具备较宽的知识面和应变能力。一方面对模拟电路提出更高要求，另一方面包含了数字电路、微机接口等课程的基本知识。能较好地考核学生是否能综合运用所学知识解决本专业的问题以及是否具备一定的创新能力。 1. 题目意图及知识范围 考虑到电子竞赛的实际情况，题目只要求记录一路或两路心电图，而不像标准心电图仪那样能记录十二路心电图，以避免涉及过多的心电图学知识。与人体皮肤接触的电极也不要求使用标准的银/氯化银电极，只需用铜皮自制。除此之外，本题的基本技术要求大部分已十分接近于实际心电图仪。 2.?设计重点与方法 基本要求 本题基本部分的设计重点在心电信号放大器、有源滤波器和低噪声稳压电源。其中，良好的低噪声稳压电源设计将十分有利于达到系统的噪声指标。 2.?设计重点与方法 基本要求 （1）心电信号放大器设计 基本差分放大电路存在的问题 2.?设计重点与方法 仪表放大器 2.?设计重点与方法 心电信号放大器 2.?设计重点与方法 心电信号放大器 心电信号检测时，电极与皮肤会产生直流极化电势，应在电路中设计隔直流电路，即高通电路。 高通电路具有如下相频特性： 心电信号放大器 虽然心电信号的最低可能频率成分只达到0.5Hz（相应于心脏搏动30次/分），但为降低信号因相移产生线性失真，心电信号放大电路的低频截止频率必须达到心电信号的低频截止频率的1/10，即0.05Hz。 题目未对低频截止频率的特性作特殊要求，可用简单RC高通电路实现。 2.?设计重点与方法 心电信号放大器 由于电容C1漏电会引起vO的漂移，所以C1不应选用电解电容，而应使用介质特性较好的电容。 虽然提高放大器的第一级增益有利于降低输出噪声，但考虑到极化电势，三运放构成的仪表放大电路增益不应太大，其电压增益可以取40，则A4构成的同相放大电路电压增益应为25，总增益为1000。 2.?设计重点与方法 用集成仪表放大器作心电放大器 INA2128内部电路结构（括号中为DIP封装的引脚号） 2.?设计重点与方法 基本要求 （2）有源滤波器设计 ① 滤波特性的选择 心电信号具有脉冲波形的特征，为保证不失真放大，必须注意滤波器的相位特性。 贝塞尔滤波器具有线性相移特性，最适用于心电信号的滤波处理 2.?设计重点与方法 ② 贝塞尔滤波器电路 如果需要更陡峭的截止特性，可将两个滤波电路级联，组成4阶贝塞尔滤波器。 2.?设计重点与方法 基本要求 （3）低噪声稳压电源设计 用普通集成三端稳压电路直接构成稳压电源是难以达到题目“3mV（峰-峰值）”噪声要求的。需要在集成三端稳压电路外增加放大环节，才能进一步抑制噪声，下图为正电源电路一例。负电源可采取类似的设计。 2.?设计重点与方法 基本要求 （3）低噪声稳压电源设计 低噪声稳压电源 2.?设计重点与方法 发挥部分 本题的发挥部分难度较大。同时测量两路心电、将高频截止频率扩展到500Hz都会增加输出噪声；将心电放大器（含屏蔽导联线）的共模抑制比提高到80dB，一般需要增加屏蔽驱动和右腿驱动电路才容易实现。而发挥部分的第二项要求：“具有存储、回放已测心电图的功能”，则必须增加单片机系统。数字电路的加入，会使噪声电平增大，必须仔细考虑电路的布局、布线、接地等工艺问题。 3. 竞赛作品评述 （1）心电放大器 各校送来测评的作品100％都正确采用仪表放大电路作为心电放大器的第一级，其中很多都使用集成仪表放大电路。 但一些队的增益分配不够合理，实际人体测试时，极化电势造成放大电路易发生饱和，尤其使用普通铜皮作为接触电极。 3. 竞赛作品评述 （2）高通电路 绝大多数参赛队采用简单的RC高通电路实现，有少数队采用有源高通滤波电路，增加了电路的复杂性。 3. 竞赛作品评述 （3）有源滤波器 大部分参赛队采用2阶或4阶