应对心电图设备中的信号采集的设计挑战

2009-01-02 23:21:07来源: 电子系统设计 关键字:射频干扰  输入  频率  放大器  电源噪声

  心电图的干扰信号包含来自电源的50/60Hz干扰、病人活动导致的运动伪影、电外科设备、除颤脉冲、起搏器脉冲及其它监控设备等引起的射频干扰。如何应对信号采集过程中的挑战呢?本文将告诉你解决技巧。

  信号采集挑战

  大的直流偏移和多种干扰信号的出现会导致ECG信号的测量面临挑战。典型电极的电压最高可达300mV。干扰信号包含来自电源的50/60Hz干扰、病人活动导致的运动伪影、电外科设备、除颤脉冲、起搏器脉冲及其它监控设备等引起的射频干扰。

  ECG内所需的准确度会随终端设备的变化而有所不同:

  标准监控设备需要0.05~30Hz之间的频率
  诊断设备需要0.05~1000Hz之间的频率

  可以借助能消除两输入端AC线路常见噪声的高输入阻抗仪表放大器(INA)抵消一些50Hz/60Hz共模干扰。为了进一步消除线电源噪声,信号凭借放大器通过右腿被反向并向病人驱回。只需少许微电流甚至更少即可实现显著的CMR改进并保持在UL544限制之内。此外还会使用50/60Hz数字陷波滤波器进一步降低干扰。

  模拟前端选项

  优化功耗和模拟前端的PCB面积对于便携式ECG而言非常关键。技术改进后,当前提供了多种前端选项:

1.使用低分辨率ADC(需要所有滤波器)
2.使用高分辨率ADC(需要较少滤波器)
3.使用Σ-Δ ADC(无需滤波器、除INA之外的放大器、直流偏移)
4.使用顺序和同步采样方法。

  使用低分辨率(16位)ADC时,信号需要被显著增益(增幅通常为100~200倍)以达到必要的分辨率。使用高分辨率(24位)Σ-Δ ADC时,信号需要4~5倍的适度增益。因此可以除去消除直流偏移所需的第二增益级和电路。这将实现面积与成本上的整体缩减。Σ-Δ方法还将保留信号的整个频率内容,并为数据后期处理提供充分的灵活性。

  借助顺序方法,创建ECG引线的单个通道可被复用到一个ADC。这样一来,相邻通道间必然会存在偏移。借助同步采样方法即可将专用ADC用于每个通道,因此通道之间不存在前面提及的偏移。

关键字:射频干扰  输入  频率  放大器  电源噪声

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2009/0102/article_505.html
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