本發明涉及一種信號調理與數據采集電路，更具體地說涉及一種多導聯ecg信號調理與數據采集電路，屬于模擬信號調理與采集電路技術領域。

背景技術：

ecg傳感器具有高阻抗、信號微弱、極化偏置差異以及易受干擾等特性，因此ecg信號調理電路中如何有效抑制各種噪聲、提高信噪比（snr）、得到穩定的高精度的心電導聯信號是ecg信號調理電路設計的關鍵目標之一。

傳統的心電信號調理電路采用前后兩級放大、中間加電容交流耦合、后面再配合正常精度(通常是12bit)的ad轉換器的結構。該種結構利用電容交流耦合濾掉了信號中的直流偏置等等噪聲成分，后級放大可以采用較大的增益，從而得到相當高的信號總增益；但是，該種結構存在交流耦合器件價格高體積大、不便于小型化設計等缺陷。目前，隨著24bitδ-σ型adc集成電路技術的成熟，心電信號調理電路出現了前級采用直流耦合、后面再加高精度adc（通常是20bit以上）變換的結構；但是，該種結構存在以下缺陷：為了適應較大的抗極化電壓，進入adc之前的增益通常只能設計為4~6倍，這樣一來，便抵消了使用高精度adc帶來的優勢，不能使有用信號充分利用高精度adc的轉換范圍，導致整體信噪比不高。

技術實現要素：

本發明針對現有的心電信號調理電路不能充分利用高精度adc的轉換范圍、整體信噪比不高等問題，提供一種多導聯ecg信號調理與數據采集電路。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是：一種多導聯ecg信號調理與數據采集電路，包括adc轉換器電路、rammcu處理器，所述的adc轉換器電路設置有多個模擬輸入通道，與adc轉換器電路的模擬輸入通道相對應設置有多個心電模擬前端單元，還包括有控制鎖存器，所述的心電模擬前端單元包括保護與緩沖電路、導聯信號測量/校準切換電路、前置放大電路、高通濾波電路和末級放大濾波電路，所述adc轉換器電路通過spi-i接口與rammcu處理器相連接，所述的rammcu處理器通過spi-ii接口與控制鎖存器的輸入端相連接，adc轉換器電路的輸出控制端分別與多個心電模擬前端單元中的導聯信號測量/校準切換電路的一個輸入端、高通濾波電路的一個輸入端相連接，所述的控制鎖存器輸出端與多個心電模擬前端單元中的末級放大濾波電路的一個輸入端相連接，同一個心電模擬前端單元中保護與緩沖電路的輸出端與導聯信號測量/校準切換電路的另一個輸入端相連接，該導聯信號測量/校準切換電路的輸出端與前置放大電路的輸入端相連接，該前置放大電路的輸出端與高通濾波電路的另一個輸入端相連接，該高通濾波電路的輸出端與末級放大濾波電路的另一個輸入端相連接，該末級放大濾波電路的輸出端與相對應的adc轉換器電路的模擬輸入通道相連接。

所述的導聯信號測量/校準切換電路包括模擬開關ⅰu3、電阻r201和電阻r5，所述的模擬開關ⅰu3為雙路四選一開關，所述的電阻r201一端與ll左腿電極相連接，電阻r201另一端與模擬開關ⅰu3中x通道源的x1、x2相連接，所述的電阻r5一端接地，電阻r5另一端與模擬開關ⅰu3中y通道源的y0相連接，所述模擬開關ⅰu3中x通道的輸出端i_p與該心電模擬前端單元中的前置放大電路的正相輸入端相連接，模擬開關ⅰu3中y通道的輸出端i_n與該心電模擬前端單元中的前置放大電路的反相輸入端相連接。

所述的前置放大電路包括儀表放大器u4、電阻r121、電阻r281、電阻r282、電容c170、電容c25和電容c28，所述電阻r121兩端分別連接到儀表放大器u4的2腳和3腳，所述電容c170兩端分別連接到儀表放大器u4的1腳和4腳，所述電阻r281一端作為前置放大電路的正相輸入端，電阻r281另一端連接到儀表放大器u4的1腳，所述電阻r282一端作為前置放大電路的反相輸入端，電阻r282另一端連接到儀表放大器u4的4腳，所述電容c25的兩端分別連接儀表放大器u4的5腳和地，所述電容c28的兩端分別連接儀表放大器u4的8腳和地，所述儀表放大器u4的輸出端i_ina_out作為前置放大電路的輸出端與該心電模擬前端單元中的高通濾波電路的輸入端相連接。

所述的高通濾波電路包括模擬開關ⅱu32、電容c210、電容c36、電阻r180和電阻r189，所述電容c210的耦合輸出端i_hp_out作為該心電模擬前端單元中的高通濾波電路的輸出端，電容c210的另一端作為該心電模擬前端單元中的高通濾波電路的輸入端與前置放大電路的輸出端相連接，所述模擬開關ⅱu32的2腳與電容c210的耦合輸出端i_hp_out相連接，模擬開關ⅱu32的1腳與電阻r189相連接，所述電阻r189的另一端接地，模擬開關ⅱu32的4腳作為高通濾波電路的一個輸入端與adc轉換器電路的輸出控制端相連接，所述的電阻r180一端與電容c210的耦合輸出端i_hp_out相連接，電阻r180另一端接地，所述的電容c36一端接模擬開關ⅱu32的5腳，電容c36另一端接地。

所述的末級放大濾波電路包括運放u72a、模擬開關ⅲu25、電阻r8、電阻r141、電阻r145、電阻r137、電阻r10、電阻r148、電容c34、電容c35、電容c138，所述的模擬開關ⅲu25內含三組2選一開關，所述運放u72a的3腳通過電阻r10與該心電模擬前端單元中的高通濾波電路的輸出端相連接，運放u72a的2腳與模擬開關ⅲu25的14腳相連接，所述電容c34的兩端分別連接運放u72a的8腳和地，所述電容c35的兩端分別連接運放u72a的4腳和地，運放u72a的1腳分別連接電阻r148一端和電阻r137一端，所述電阻r137另一端與r145一端相連接，所述電阻r145的另一端分別與電阻r141一端和lg_i相連接，所述電阻r141另一端分別與電阻r8一端和hg_i相連接，電阻r8另一端接地，所述電阻r148的另一端分別與容電c138一端和i_ain相連接，該i_ain作為該心電模擬前端單元中的末級放大濾波電路的輸出端，所述的電容c138的另一端接地，lg_i與模擬開關ⅲu25的12腳相連，hg_i與模擬開關ⅲu25的13腳相連，模擬開關ⅲu25的11腳hg_nlg_i作為該心電模擬前端單元中的末級放大濾波電路的一個輸入端與控制鎖存器輸出端相連接。

所述的adc轉換器電路為24bit高速adc電路，其包括24位精度高速adc芯片u59、電阻r36和電容c281，所述電阻r36一端與芯片u59的25腳相連接，電阻r36另一端接地，所述的電容c281一端與芯片u59的7腳連接，電容c281另一端接地。

與現有技術相比較，本發明的有益效果是：

本發明中心電模擬前端單元包括保護與緩沖電路、導聯信號測量/校準切換電路、前置放大電路、高通濾波電路和末級放大濾波電路。既可以充分利用高精度adc轉換器電路的動態范圍轉換有用信號得到很高的信噪比，又可以適當降低耦合電容的性能和體積；并通過通道校準以及在后級提供的變增益放大，來得到需要的信號動態范圍，提高信噪比（snr），并最終得到較高信噪比（snr）的數字信號，為后續各種dsp的進一步降噪處理以及參數計算提供良好基礎。

附圖說明

圖1是本發明結構框圖。

圖2是本發明中導聯信號測量/校準切換電路電路原理圖。

圖3是本發明中前置放大電路電路原理圖。

圖4是本發明中高通濾波電路電路原理圖。

圖5是本發明中末級放大濾波電路電路原理圖。

圖6是本發明中adc轉換器電路電路原理圖。

具體實施方式

以下結合附圖說明和具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。

參見圖1，一種多導聯ecg信號調理與數據采集電路，包括adc轉換器電路、rammcu處理器和控制鎖存器。所述的adc轉換器電路設置有多個模擬輸入通道，與adc轉換器電路的模擬輸入通道相對應設置有多個心電模擬前端單元；本圖1為12導聯8個心電模擬前端單元。所述的心電模擬前端單元包括保護與緩沖電路、導聯信號測量/校準切換電路、前置放大電路、高通濾波電路和末級放大濾波電路。所述adc轉換器電路的spi接口與rammcu處理器相連接，所述的rammcu處理器通過spi-ii接口與控制鎖存器的輸入端相連接；所述的rammcu處理器為32bit的rammcu，rammcu處理器通過spi-ii口輸出控制信號到控制鎖存器。adc轉換器電路的輸出控制端分別與多個心電模擬前端單元中的導聯信號測量/校準切換電路的一個輸入端、高通濾波電路的一個輸入端相連接；所述的控制鎖存器輸出端與多個心電模擬前端單元中的末級放大濾波電路的一個輸入端相連接。同一個心電模擬前端單元中保護與緩沖電路的輸出端與導聯信號測量/校準切換電路的另一個輸入端相連接，該導聯信號測量/校準切換電路的輸出端與前置放大電路的輸入端相連接，該前置放大電路的輸出端與高通濾波電路的另一個輸入端相連接，該高通濾波電路的輸出端與末級放大濾波電路的另一個輸入端相連接，該末級放大濾波電路的輸出端與相對應的adc轉換器電路的模擬輸入通道相連接。

參見圖2，所述的導聯信號測量/校準切換電路包括ⅰu3、電阻r201和電阻r5；所述的模擬開關ⅰu3為雙路四選一開關，模擬開關ⅰu3的輸入有x0～x3以及y0～y3共兩組、輸出分別為x和y，其由控制信號sw0和sw1控制。所述的電阻r201一端與ll左腿電極相連接，電阻r201另一端與模擬開關ⅰu3中x通道源的x1、x2相連接；所述的電阻r5一端接地，電阻r5另一端與模擬開關ⅰu3中y通道源的y0相連接；x通道源的x0連接cal校準信號，x通道源的x3連接la左手電極；y通道源的y1連接ra右手電極、y2連接la左手電極、y3連接ra右手電極。所述模擬開關ⅰu3中x通道的輸出端i_p與該心電模擬前端單元中的前置放大電路的正相輸入端相連接，模擬開關ⅰu3中y通道的輸出端i_n與該心電模擬前端單元中的前置放大電路的反相輸入端相連接；當sw0和sw1改變狀態，分別可以切換到校準信號、i導聯、ii導聯。當sw0sw1=00時，x=x0=cal、y=y0，y0通過電阻r5接地，選通的是校準信號；當sw0sw1=01時，x=x1=ll、y=y1=ra，選通的是ii導聯；當sw0sw1=10時，x=x2=ll、y=y2=la，選通的是iii導聯；當sw0sw1=11時，x=x3=la、y=y3=ra，所以選通的是i導聯；選通后的信號i_p和i_n連接到前置放大電路。

參見圖3，所述的前置放大電路包括儀表放大器u4、電阻r121、電阻r281、電阻r282、電容c170、電容c25和電容c28，本前置放大電路增益a1約為10倍。所述電阻r121兩端分別連接到儀表放大器u4的2腳和3腳，所述電容c170兩端分別連接到儀表放大器u4的1腳和4腳。所述電阻r281一端作為前置放大電路的正相輸入端連接到該心電模擬前端單元中導聯信號測量/校準切換電路的模擬開關ⅰu3中的x通道的輸出端i_p腳，電阻r281另一端連接到儀表放大器u4的1腳；所述電阻r282一端作為前置放大電路的反相輸入端連接到該心電模擬前端單元中導聯信號測量/校準切換電路的模擬開關ⅰu3中的y通道的輸出端i_n，電阻r282另一端連接到儀表放大器u4的4腳。所述電容c25的兩端分別連接儀表放大器u4的5腳和地，所述電容c28的兩端分別連接儀表放大器u4的8腳和地。儀表放大器u4的5腳連接電源a-5v，儀表放大器u4的8腳連接電源a+5v，儀表放大器u4的參考端6接地。所述儀表放大器u4的輸出端i_ina_out作為前置放大電路的輸出端與該心電模擬前端單元中的高通濾波電路的輸入端相連接。來自導聯信號測量/校準切換電路的信號通過本前置放大電路進行第一級放大；i_p和i_n分別來自導聯信號測量/校準切換電路的的模擬開關輸出；電阻r281/r282是隔離電阻；電阻r121是儀表放大器u4的增益電阻，決定儀表放大器u4放大增益，保證增益基本在10左右；電容c170是差摸濾波電容，用于去掉差摸噪聲干擾，濾掉高頻干擾。

參見圖4，所述的高通濾波電路包括模擬開關ⅱu32、電容c210、電容c36、電阻r180和電阻r189。所述電容c210的耦合輸出端i_hp_out作為該心電模擬前端單元中的高通濾波電路的輸出端，電容c210的另一端作為該心電模擬前端單元中的高通濾波電路的輸入端與前置放大電路的輸出端相連接，所述模擬開關ⅱu32的2腳與電容c210的耦合輸出端i_hp_out相連接，模擬開關ⅱu32的1腳與電阻r189相連接；所述電阻r189的另一端接地。模擬開關ⅱu32的4腳作為高通濾波電路的一個輸入端與adc轉換器電路的輸出控制端sw7相連接，模擬開關ⅱu32由adc轉換器電路的輸出控制端sw7信號控制。所述的電阻r180一端與電容c210的耦合輸出端i_hp_out相連接，電阻r180另一端接地；所述的電容c36一端接模擬開關ⅱu32的5腳，電容c36另一端接地。正常情況下，adc轉換器電路的輸出控制端sw7為低，模擬開關ⅱu32的z端與y端斷開，電容c210與電阻r180構成cr高通濾波，其截至頻率為0.05hz；當adc轉換器電路的輸出控制端為高時，模擬開關ⅱu32的z端與y端聯通，電容c210與電阻r189、電阻r180（r180阻值較大忽略）構成cr高通濾波，其截至頻率約為0.5hz；因此，本高通濾波電路根據測量需要可以改變截至頻率。

參見圖5，所述的末級放大濾波電路包括運放u72a、模擬開關ⅲu25、電阻r8、電阻r141、電阻r145、電阻r137、電阻r10、電阻r148、電容c34、電容c35、電容c138；所述的模擬開關ⅲu25內含三組2選一開關，分別由控制信號hg_nlg_i、hg_nlg_ii、hg_nlg_v1控制。本末級放大濾波電路增益a2可調節。所述運放u72a的3腳通過電阻r10與該心電模擬前端單元中的高通濾波電路的輸出端i_hp_out相連接，運放u72a的2腳與模擬開關ⅲu25的14腳相連接。所述電容c34的兩端分別連接運放u72a的8腳和地，u72a的8腳接電源a+5v；所述電容c35的兩端分別連接運放u72a的4腳和地，u72a的4腳接電源a-5v。運放u72a的1腳分別連接電阻r148一端和電阻r137一端，所述電阻r137另一端與r145一端相連接；所述電阻r145的另一端分別與電阻r141一端和lg_i相連接，所述電阻r141另一端分別與電阻r8一端和hg_i相連接，電阻r8另一端接地。所述電阻r148的另一端分別與容電c138一端和i_ain相連接，所述的電容c138的另一端接地；該i_ain作為該心電模擬前端單元中的末級放大濾波電路的輸出端。lg_i與模擬開關ⅲu25的12腳相連，hg_i與模擬開關ⅲu25的13腳相連；模擬開關ⅲu25的11腳hg_nlg_i作為該心電模擬前端單元中的末級放大濾波電路的一個輸入端與控制鎖存器輸出端相連接。運放u72a連接成同相放大器，其反饋電阻網絡由模擬開關ⅲu25控制，當hg_nlg_i信號為高時，hg_i與g_i聯通，運放u72a放大較大倍數；當hg_nlg_i信號為低時，lg_i與g_i聯通，運放u72a放大較小倍數。具體的，以i通道為例，x0=lg_i、x1=hg_i、x=g_i，這幾個信號都接到運放u72a的反饋電阻網絡中，當hg_nlg_i=0時，x=x0，即g_i與lg_i連通，運放u72a的反饋電阻由r137和r145構成，電阻r8和r141則構成反相端接地電阻，運放u72a的增益=1+（r137+r145）/(r141+r8)；當hg_nlg_i=1時，x=x1，即g_i與hg_i連通，運放u72a的反饋電阻由r137、r145和r141構成，運放u72a反相端通過電阻r8接地，運放u72a的增益=1+（r137+r145+r141）/r8；比較兩個增益，可以看到當hg_nlg_i=1時運放增益較大，這就滿足了信號幅度變化后的測量要求；因此，本末級放大濾波電路根據測量需要可以改變增益。同時，電阻r148和電容c138構成了rc低通濾波器，其截至頻率使得信號進行adc轉換時不會發生混迭。

參見圖6，所述的adc轉換器電路為24bit高速adc電路，其包括24位精度高速adc芯片u59、電阻r36和電容c281。所述的24位精度高速adc芯片u59是一個內含16選1模擬輸入開關的24位adc芯片，該芯，片u59的模擬開關可以自動高速切換通道，滿足多路心電信號的同步采集；在自動掃描模式下，其單通道數據率能達到20ksps，滿足心電圖機1ksps的采樣率要求；它有多達16個模擬輸入通道，能滿足12導及以上ecg信號的轉換要求。所述電阻r36一端與芯片u59的25腳相連接，電阻r36另一端接地；所述的電容c281一端與芯片u59的7腳連接，電容c281另一端接地。所述芯片u59的ain0～ain7與相對應的心電模擬前端單元中的末級放大濾波電路的輸出端i_ain相連接。芯片u59的14腳到21腳分別連接通道切換控制信號sw0-sw7，芯片u59的22腳到24腳分別連接rammcu處理器的spi-1；rammcu處理器通過spi口控制芯片u59工作，并得到各個通道的實時轉換數據。

參見圖1-圖6，本發明中交流耦合配合24bit高速adc電路的ecg信號調理與處理電路，既可以充分利用高精度adc轉換器電路的動態范圍轉換有用信號得到很高的信噪比，又可以適當降低耦合電容的性能和體積；并通過通道校準以及在后級提供的變增益放大，來得到需要的信號動態范圍，提高信噪比（snr），并最終得到較高信噪比（snr）的數字信號，為后續各種dsp的進一步降噪處理以及參數計算提供良好基礎。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，上述結構都應當視為屬于本發明的保護范圍。