【是德征文】Keysight示波器之检测心电模块

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Keysight示波器之检测心电模块

作者：电子爱好者   李浩博

一、概述

随着人类社会的进步，人们能够更加方便地利用便携检测仪器检测自身的身体健康情况。本文阐述关于心电方面的检测模块的内容。

首先我们简述心电的工作机理。

心脏跳动引起的肌肉形变和血液流动导致人体阻抗的变化，表现出来，成为心电图。

心脏的跳动是心脏自身的机能，但是，在整个心脏的活动中，明显地受到神经活动的影响，身体任何部位的感觉，例如疼痛、冷和热、激动的情绪等等，都可以引起心跳的节律改变，使心跳减慢或加快。有时候，人们不得不加班工作，虽然大脑不顾身体的疲惫信号，强制性继续工作，这就形成了所谓的“病来如山倒，病去如抽丝”。

利用心电监测装置，能够随时随地方便的监测心脏的工作状态，对各种情况，能够量力而行，同时，能够非常方便地检测和记录心脏出现不正常工作的短暂时间的发病状态。



二、AD8232模块

AD8232是一款用于ECG及其他生物电测量应用的集成信号调理模块。 该器件设计用于在具有运动或远程电极放置产生的噪声的情况下提取、放大及过滤微弱的生物电信号。 该设计使得超低功耗模数转换器(ADC)或嵌入式微控制器能够轻松地采集输出信号。
AD8232采用双极点高通滤波器来消除运动伪像和电极半电池电位。 该滤波器与仪表放大器结构紧密耦合，可实现单级高增益及高通滤波，从而节约了空间和成本。

AD8232采用一个无使用约束运算放大器来创建一个三极点低通滤波器，消除了额外的噪声。 用户可以通过选择所有滤波器的截止频率来满足不同类型应用的需要。

为了提高系统线路频率和其他不良干扰的共模抑制性能，AD8232内置一个放大器，用于右侧驱动(RLD)等受驱导联应用。
有兴趣的读者可以登录ADI公司的网站，了解AD8232芯片的详细内容。



三、采用三导联测试

原理图和电路板如下所示。采用三导联测试模式。

AD8232芯片中仪表放大器是用于放大并滤出直流信号，它能够将微弱的心电信号放大100倍，同时抑制高达正负300mV的电极失调。对于确定增益和滤波，作为反馈网络的R76和C2，起到非常重要的作用。

本文进行对R76和C2不同数值的分析，讨论电路的特性，从而帮助更多读者节省电路调试时间。

板子采用了四层电路板，两层地，确保了地的完整性和对信号的保护。





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四、实验设置

人体心电频率跟工频50Hz非常接近，所以用Keysight示波器测试时，必须从空间辐射和传导辐射尽量减小50Hz的影响。当采用普通的直流电源时，从波形能够看出，50Hz工频的影响，当采用更加干净的电池电源，波形清晰了很多；无疑地，用电池更好。
另一方面，从3.3V的直流电源，变到5V，对心电波形没有什么影响，AD8232是不错的芯片。



用普通直流直流电源



用笔记本电脑 USB口，笔记本电脑为电池供电



R76=1.5M



R76=5M



R76=10M



R76=12M



R76=15M



小结：可以看到，当电阻R76为10M时，波形最佳；当小于这个数值时，高频分量反馈增加；当低于这个数值时，工作信号同时被滤掉，因此10M是不错的数值选择。

C2=22nf



C2=100nf  



C2=0.22uf



C2=0.47uf



小结：类似地，减小C2的数值，也是增加高频的反馈，而增加C2的数值，则放大了低于心电频率的无用信号的通过，0.22uf也是不错的选择。

C2=0.47uf 反置 ，当反置测量时，波形极性改变



五、总结

AD8232有直流和交流的工作模式，有很多阻容组合进行精细调节，以适应不同的方案。有兴趣的读者可以进行这些组合的调试，得到性能优良的电路设计。 在调节的时候，要把握电路原理，有意识的把握每个元器件在系统中的作用，节省调试时间。



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