一种单导联心电检测前端设计
摘要
随着人们对健康的重视，智能化医疗设备作为一种辅助检测工具，有助于对老人、小孩、军人等各类人群的生理参数进行实时检测和分析。本单导联心电检测前端设计通过结合单导心电及WIFI传输技术，将采集的心电信号和心率信号实时传输到云平台或手机APP，供医生及时查看和辅助诊断，从而进一步实现心血管疾病预防和诊断的家庭化、便携化，降低医疗诊断、治疗和监护的成本。其设计在保留传统心电检测功能的基础上增加了心电数据传输功能，并可根据心电图计算出心率，对患者进行高质量的实时心脏监护，未来还可以通过心电大数据的深度学习来实现智能诊断功能。
关键词：心电检测、单导联、无线传输、心脏监护、可穿戴设备、实时检测
中图分类号：TN806
引言
受新冠疫情的启发，为了便于医生快速获取患者的心电、心率信息，也方便人们家用检测，本项目通过单导心电和WIFI传输技术，采用FFT滤波、中值滤波去除基线，得到准确可靠的心电波形数据，并将心电信号实时传输到云平台或手机APP，供医生即刻查看和辅助诊断，对患者进行高质量的实时心脏监护，从而降低疾病突发风险，提高病情管控效率。本设计在保留传统心电检测功能的基础上增加了心电数据传输功能，并可根据心电图计算出准确的心率，同时保存心电数据文件，可以对心电检测历史进行回放以及后期的诊断处理。
1系统硬件设计
一种单导联心电检测前端包括心电采集模块、WIFI模块、电源模块、单片机处理模块。心电采集模块用到的芯片为ADS1292，和单片机之间采用SPI进行通信。WIFI模块和单片机之间采用串口通信。整体硬件设计图如图1所示。
图1 整体硬件框图
1.1心电采集模块设计
本系统采用TI公司生产的用于生物电势测量的模拟前端ADS1292，该芯片低功耗，具有24位双通道采集，32引脚，TQFP封装。ADS1292每通道功率仅335W,内置有右腿驱动放大器、持续断线检测和测试信号，并且拥有非常灵活的断电以及待机模式。主要应用在医疗仪器测量和高精度、同步、多通道信号采集，符合本系统对心电信号采集的要求。传统的通信协议包括UART、I2C、SPI等等。心电采集模块和单片机模块之间采用SPI通信的方式，原因在于全双工的SPI通信协议比比I2C通信传输速度更快，相比于需要使用上拉电阻的I2C，SPI通信的抗干扰能力更强。
创新应用ｌ ＮＮ。ｖ ｒ，ｖ Ａ ， （： 一）
基于人体传感网络的普适式医疗设备
血压计、血糖仪等普适医疗电子健康设备是市场热点，要设计、生产该类电子设备，选择高性能、高可靠性的专 用医学集成电路系统芯片是关键因素之一。此类芯片需要具备低频率、低功耗、低噪声的特点。
一于力，王磊 中国科学院深圳先进技术研究院
普适（ｐｅｒｖａｓｉｖｅ）医疗，即通过便携 式、可穿戴或可吞咽式的医疗健康电
子设备，在尽量不影响人的正常生活
节奏和活动规律情况下，对其重要的
生理信息，如心率、血压、体温等进
行远程监控；并利用嵌入智能算法提
供实时生物反馈，从而起到预防和保
健的目的。目前市场上较为成熟的普 适式医疗电子产品有：血压计、血糖
仪、心率计、体温计、运动参数实时
监测器等，甚至一些植入式医疗电子
模块。
国际上，以恩智浦半导体￣［１ＴＩ等
公司为代表的大公司早已瞄准生物医
学应用领域，开发出了一系列适用于 医学信号采集和处理的系统芯片，如
ＣｏｏｌＦ１ｕｘＤｓＰ芯片和０ＭＡＰ极低功耗
处理器芯片等。一些相对规模较小的
公司则将产品设计集中在特定的生物
医学应用，例如，Ｚａｒｌｉｎｋ公司推出了
ｒ一一一一 －传感器
ｒ一一一一 Ｉ传感器
： 针对植入式医疗电子设备的无线收发
器 ｝＝＿＝片，Ａｕｒｅｌｉａ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｔｔｒｏｎｉｃａ推出
了针对多导联心电信号（ＥＣＧ）信号采
集和处理的集成电路芯片，Ｔｏｕｍａｚ
正在研制适用于躯干网的极低功耗系
统芯片等。尽管已经达到了不错的性
能，但是以上列举这些生物医学芯片
或者是只实现单一功ｉｉ（处理器、数据 传输、无线收发器等），又或者是针对
单一生理信号获取处理如ＥｃＧ、脑电
信号（ＥＥＧ）等，目前还未有一款多通
道专用医学集成电路系统芯片问世。
普适式医疗健康电子产品包含的
主要关键技术包括人体信号传感器、 专用集成电路系统芯片、高性能电池
等。专用集成电路系统芯片作为以上
电池电压检测芯片
电池电压检测芯片是一种广泛应用于电池管理系统的集成电路，其主要功能是实时检测和测量电池的电压，并将测量结果通过接口传输给外部设备或者系统。在电动车、无线通信、便携式电子设备等领域，电池电压检测芯片起着至关重要的作用。
电池电压检测芯片主要由模拟前端电路和数字信号处理电路两部分组成。模拟前端电路负责将电池的电压信号进行放大、滤波和数字化处理，以便后续的数字信号处理。数字信号处理电路则负责对模拟信号进行采样、转换、滤波、校准和处理，最终输出准确的电池电压数值。
在电池电压检测芯片中，模拟前端电路起着关键作用。它通过放大电池电压信号，并进行精确的滤波，以降低噪声的影响，并消除电池电压信号中的直流偏置。模拟前端电路还包括了一个精确的参考电压源，用于校准和比较电池电压信号。这些操作保证了电池电压信号的准确性，同时提高了测量的精度和稳定性。
数字信号处理电路在电池电压检测芯片中同样非常重要。它通过高速的数字信号采样和转换，将模拟信号转换成二进制码，使得后续的处理更为方便和准确。数字信号处理电路还包括了滤波和校准算法，用于消除数字信号中的噪声和误差。通过这些处理，电池电压检测芯片可以提供准确的电池电压数值，并及时将数值传输给外部设备或者系统。
除了上述的基本功能，电池电压检测芯片还具备一些其他的特性和功能。例如，它可以实现多通道的电池电压检测，用于检测和测量多组电池的电压。它还可以具备温度补偿功能，通过测量电池的温度来补偿电池电压的变化。此外，一些先进的电池电压检测芯片还可以通过内置的芯片识别电路，识别电池的型号和容量，以便更好地对电池进行管理。
近年来，随着电池技术的不断发展和电子设备的普及，电池电压检测芯片得到了广泛的应用。通过使用电池电压检测芯片，我们可以实时监测和测量电池的电压，及时获取电池的状态信息，为电子设备的使用和维护提供参考和支持。同时，电池电压检测芯片还可以提高电池的使用寿命和安全性，减少电池的损耗和故障。因此，电池电压检测芯片在电池管理系统中具有重要的作用，有着广阔的应用前景和市场需求。
２９卷２期 ２Ｏｌ０年４月 中 国 生 物 医 学 工 程 学报 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．２９ ＮＯ．２ Ａｐｒｉｌ ２０１０
生物医学信号采集的多通道模拟前端集成电路
张金勇 李 斌 王 磊
（华南理工大学电子与信息学院，广州５１０６４１）
（中科院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所，深
摘 要：提出并设计一款基于生物医学信号采集的多通道模拟前端集成电路（Ｉｃ）。该混合信号集成电路包含增
益可调仪表运算放大器、高灵敏度电流一电压转换器、基准源，以及８位逐次逼近式模数转换器（ＳＡＲ ＡＤＣ）。整个
芯片采用ＳＭＩＣ混合信号０．１８ ｍ ＣＭＯＳ １Ｐ６Ｍ的工艺制作，核心电路的芯片面积为１．３６ ｍｉｌｌ。。芯片测试结果显
示：该芯片在１．８ Ｖ单电源的供电电压下，共模抑制比大于１００ ｄＢ，可调增益范围为３０～７０ ｄＢ，输入失调电压小于
９７ Ｖ，其中ＡＤＣ的微分非线性（ＤＮＬ）和积分非线性（ＩＮＬ）分别为一１／＋１．４和一２／＋２ ＬＳＢ，增益可调仪表运算放
大器以及ＡＤＣ的功耗分别是３８７ ｗ和７０４ ｔｘＷ。
关键词：生物医学电路与系统；模拟前端；仪表运算放大器；生理信号采集
中图分类号Ｑ４２４；ＴＮ４３２ 文献标识码Ａ 文章编号０２５８—８０２１（２０１０）０２—０２８３－０５
Ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ Ａｎａｌｏｇｕｅ Ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ ＩＣ ｆｏｒ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎ—Ｙｏｎｇ ， ＬＩ Ｂｉｎ ＷＡＮＧ Ｌｅｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４１，Ｃｈｉｎａ）
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌ ａｎｄ Ｈｅａｌｔｈ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆＡｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１８０５５，Ｃｈｉｎａ）
