基于TL084C的心电信号检测系统设计

引言

心率作为检测身体健康与否的一个重要指标，其重要性不言而喻。心电信号（ECS）作为强噪声背景下的低频微弱信号，是一种复杂的自然信号，所以对心电系统的设计有其特殊性。而对心电信号的了解有助于系统整体方案的设计。

1、心电信号频谱分析

心电信号作为心脏电活动在人体体表的表现，是一种毫伏级的微弱低频交流生物信号。一般来说，一个完整的心电信号波形包括P波、R波、QRS波、和T波。图1所示是一般的心电信号的功率谱分析图。由图可见，其主要频率成份在0．1～35Hz。而QRS复波群的能量又在心电信号中占据了很大的百分比，其能量分布于心电信号的中高频区，峰值大约处于在5～15Hz范围。

因此，心电信号具有以下几个特点：

信号极其微弱，一般只有0．05～4mV，典型值为1mV；

频率范围较低，频谱范围为0．1～35Hz，能量主要集中在5～20Hz；

存在不稳定性。人体内部各器官间的相互影响以及各人的心脏位置、呼吸、年龄、是否经常锻炼等因素，都会使心电信号发生相应变化；

干扰噪声很强。对心电信号进行测量时，必然要与外界联系，但由于其自身的信号非常微弱，因此，各种干扰噪声非常容易影响测量。其ECS噪声可能来自工频（50Hz）干扰、电极接触噪点、运动伪迹、肌电噪声（EMG）、呼吸引起的基线漂移和心电幅度变化以及其它电子设备的机器噪声等诸多方面。

所以，在对心电信号进行检测分析和处理时，应考虑其随时间变化的低频信号，应按其频谱特性，选择适当的放大系数，设计出合适的心电检测放大电路。同时又必须进行一些必要的抗干扰技术处理（如负反馈，滤波等），以得到比较干净的心电信号。

2、系统总体要求

由于通过体表两极所测的心电信号十分微弱，只有毫伏级（O．05～4mV），而在检测心电信号的同时又存在强大的噪音干扰，因此，为了能有效精确的测量，本系统分为前置放大电路、滤波电路、主放大电路等部分，通常需要满足以下条件：

（1）前置放大器的增益应介于200～2000之间，其共模抑制比不应低于1000：1（dB）；

（2）前置放大器的差模输入阻抗应≥20MΩ；

（3）电路的电磁辐射要尽可能的低。心电信号十分微弱，而且很容易串入周围环境的噪声干扰。另外，在设计电路的时候，还需要考虑到电子电路自身的电磁辐射，避免给信号测量带来新的麻烦。

本心电信号检测系统的原理框图如图2所示。