精心整理微弱信号检测课题报告心电信号采集—噪声分析及抑制【目录】【摘要】 ........................................... 错误!未指定书签。
第一章 ............................................. 错误!未指定书签。
1.1人体生物信息的基本特点[1} ........................ 错误!未指定书签。
1.2体表心电图及心电信号的特征分析[4] ................ 错误!未指定书签。
1.3心电信号的噪声来源[7] ............................ 错误!未指定书签。
心脏是人体循环系统的核心，心脏的活动是由生物电信号引发的机械收缩。
在人体这个三维空间导体当中，这种生物电信号可以波及人体各个部分，在人体体表产生规律性的电位变化。
在人体体表的一定位置安放电极，按时间顺序放大并记录这种电信号，可以得到连续有序的曲线，这就是心电图。
针对心电信号的特点进行心电信号的采集、数据转换模块的设计与开发。
设计一种用于心电信号采集的电路，然后进行A/D转换，使得心电信号的频率达到采样要求。
人体的心电信号是一种低频率的微弱信号，由于心电信号直接取自人体，所以在心电采集的过程中不可避免会混入各种干扰信号。
为获得含有较小噪声的心电信号，需要对采集到的心电信号做降噪处理。
运用一个心电信号检测放大电路，充分考虑了人体心电信号的特点，采用前置差动放大+带通滤波器+50Hz陷波器(带阻滤波器)组成的模式，对心电信号进行测量。
关键词：心电信号采集，降噪，A/D转换放大，噪声分析1．1(1)(2)(3)(4)外，我们把抗干扰和低噪声作为人体测量盼基本条件，不只是由于人体电子测量是处于强电磁场环境中，成为无法回避的客观事实；而且还由于抗干扰和低噪声本来就是电子设计开始时必须予以考虑的环节。
总之，人体生物医学信号的提取和处理，是自然科学领域中难度最大的。
生物电信号，如心电、脑电，通过电极用一定导联方式提取出来；非电量参数，如心音、脉搏、体温、呼吸等，通过各种传感器，换能器变换成电信号后被提取。
常见的有脉波换能器，心音换能器，绑带式流量换能器，张力换能器。
对于能够通过电极提取的体表生物电信号，其测量仪器的电路结构基本相同，不同的只是因信号的频率和幅度不同，对电路的性能要求不同。
常见的生物电信号有心电(ECG)、脑电(EEG)、肌电(EMG)、视网膜电和眼电等。
前便携式心电图仪的设计主要向智能化、系统化和集成化方向发展。
目前市面上常见的便携式心电仪多数是采用了前后端的实现方式，前端是以单片机为核心的心电信号采集系统，后端多数采用的是处理性能较高的嵌入式微处理器。
这种处理器性能强大，它使得心电仪在心电数据采集、处1.2分。
当心肌“血得到的心电信号波形也不同，于是产生了临床上不同的导联接法，同时也考虑有可能用体表心电电位分布图反推心脏外膜电位即心电逆问题的求解。
[5]心电信号的电特性分析[6]按照美国心电学会确定的标准，正常心电信号的幅值范围在10μV-4mv之间，典型值为1mV。
频率范围在O.05-100Hz以内，而90％的ECG频谱能量集中O.25-35Hz之间，心电信号频率较低，大量的是直流成分，去掉直流，它的主要频率范围是O.05-100Hz，大部分能量集中在O.05-40Hz[12]。
心搏的节律性和随机性决定了心电信号的准周期和随机时变特性。
从医学理论和实践可以理解，心电信号受人体生理状态和测量过程等多种因素的影响而呈现复杂的形态；同时，个体的差异也使心电信号千差万别。
阐述心电信号特征的相关文章和书籍很多，本人在认真阅读和分析的基础上，得出心电信号特征主要体现在以下四个方面：(1)微弱性：从人体体表获取的心电信号一般只有10μV-4mV，典型值为1mV。
(2)不稳定性：人体信号处于不停的动态变化当中。
1.3而90％起。
人为运动由病人的运动和振动所引起，造成的基线干扰形状可认为类似周期正弦信号，其峰值幅度和持续时间是变化的，幅值通常为几十毫伏。
(4)肌电干扰(EMG)肌电干扰来自于人体的肌肉颤动，肌肉运动产生毫伏级电势。
EMG基线通常在很小电压范围内。
所以一般不明显。
肌电干扰可视为瞬时发生的零均值带限噪声，主要能量集中在30-300Hz范围内。
(5)基线漂移和呼吸时ECG幅值的变化基线漂移和呼吸时ECG幅值的变化一般由人体呼吸、电极移动等低频干扰所引起，频率小于5Hz；其变化可视为一个加在心电信号上的与呼吸频率同频率的正弦分量，在O.015-O.3Hz处基线变化变化幅度的为ECG峰峰值的15％。
(6)信号处理中用电设备产生的仪器噪声心电信号是由人体心脏发出的极其精密、相当复杂并且有规律的微弱信号，外界干扰以及其它因素的存在都会使其变得更为复杂，要准确地对其进行自动检测、存储、分析却是一项十分艰巨的任务。
例如，工频干扰信号对心电图的影响会使心电信号的特征点定位变得十分困难。
因此，心电信号的监视、分析必须在建立在有效抑制各种干扰、检测出良好的心电信号的基础之上。
(7)共模信号(commonmodesignal)：从体表采集到的信号除了人体心脏产生的电信号外，还包含许1.41.4.1一个由而如果大。
氯这种方法把直流漂移电位减小到与峰值相比非常小的程度。
因此，这种电极移动导致的基线漂移比其他极化电极要小很多。
第二章硬件电路设计2.1心电信号采集电路的设计要求心电信号是一种典型的人体生理信号，具有生物电信号的普遍特征，如幅度小、频率低并且易受外界环境干扰，为采集和测量带来了难度。
所以：(1)对微弱的心电心电信号进行放大和滤波等必要的信号调理(2)以上。
(3)2.20.5Hz 以上(2)高精度：输人最大偏置电流：1mA ；输人最大失调电流：O ．5nA ；输入最大失调电压：50μV ；最大温度漂移：O ．6μV ／℃；输入阻抗：10G Ω。
(3)低噪声：输入电压噪声(f=1KHz)：9nV(增益G=10)：100dB 。
AD620的增益可调，范围为1～1000倍，通过调节AD620A 的1和8腿之间的Rg 的值来实现：()49.4131gk G R Ω=+-已知要放大的倍数，就可以求出Rg 。
共模盾驱动器低噪声的AD620允许使用的心电图显示器（图36），高1兆瓦或源电阻高并不少见。
AD620的低功耗，低电压的要求，并节省空间，此外，低偏置电流和低电流噪声再加上低电压噪声的AD620提抗应该比源阻抗至少高两个数量级，以保证信号的不失真。
(3)由于电子电路温度变化而造成的零点漂移也能严重影响正常的心电信号的检测，因而要采用低温漂的元件，尤其是在选择心电信号放大器时更要选择低温漂的产品，否则会影响放大器的输入范围，使得微弱的缓变信号无法放大，心电信号中的低频成分不能得到正确的测量。
总之前置放大器的选择要从高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声和低温漂这几个方面着手。
2.4AD620引入的误差2.4.1电子元件内部噪声1、 电阻的热噪声（1）起因：电阻热噪声起源于电阻中自由电子随机热运动，导致电阻两端电荷的瞬时堆积，形成噪声电压 （2）功率谱密度函数 式中：f ：频率R ：电阻值k ?=?1.38???10-23?J/K ，波尔兹曼常数T ：绝对温度（3）幅度分布：零均值高斯分布（4）热噪声的等效功率B ：为系统等效带宽，HZe ：热噪声电压值(5)电压有效值（均方根值）2、 散弹噪声：（1）起因:PN 结的载流子的随机扩散和电子孔穴对的随机产生与复合造成（2）功率谱密度函数:3、1/f 噪声• （1）接触噪声发生在两导体相连接的地方，是由于接触点电导的随机涨落引起的。
凡是有导体接触不理想的元器件，都存在接触噪声。
接触噪声最早是在电子管的极板电流中发现的，称为闪烁噪。
（2）1/f 噪声早期模型①服从正态分布，均值仍为零②功率谱密度函数反比工作频率，又称低频噪声③一般限定下限0.001HZ式中：K 为取决于接触面材料类型和几何形状的系数。
)/V (4)(2tHz kTR f S =)/Hz A (2)(2dc sh qI f S =/Hz)(V )(22dc i fKI f S =f 为频率，单位HZI dc 直流电流平均数值（3）迁移率涨落模型 式中：N 载流子总数。
a H 无量纲系数当K=a H /N 时，简化为早期模型 2.4.2集成运放的噪声模型：1．运放的内部噪声源①晶体管PN 结的散弹噪声； ②电阻的热噪声；③不同金属接触的1/f 噪声。
2．运放的噪声模型 表示等效输入噪声电压， 表示等效输入噪声电流。
其等效电压噪声功率和等效电流噪声功率取决于：平坦段白噪声的功率谱密度1/f 噪声与白噪声相交的拐点频率 工作频带的高低频率 4．运算放大器的噪声性能计算等效噪声源的归一化功率： 使用时注意：当2.4.3AD620的噪声计算 仪表放大器AD620参数： fN I a f S H 2dc i )(=()()⎰⎰==B A B A f f i n f f e n df f S I df f S E 22等效输入电压噪声(eni)：13nV/√HzG=10,0hz<f<300hz 等效输出电压噪声(eno)：100nV/√HzG=10,0hz<f<300hz 等效输入电流噪声(max)：0.1pA/√HzG=10,0hz<f<300hz 噪声电压拐点频率：fce=20HZ 噪声电流拐点频率:fci=200HZ 计算：电阻热噪声等效电流噪声电阻热噪声：在室温下： 电极的电阻为：电阻的噪声电压：放大器电流噪声：放大器电压噪声：根据A/D620数据手册得出：G=10总的输入噪声电压为：由式（1-1）可得2.4.4前置放大电路改进措施 噪声匹配放大器的噪声系数F 利用变换阻抗，则可达到最小噪声系数 前置放大器的性能并不是整个实际电路的性能，还必须辅以合理的电路结构来充分发挥前置放大器()niP noni si sono noso nisi P K P P P PP P P P P F ===的作用。
前置放大级最重要的电路参数为共模抑制比参数，很大程度上取决于电路的对称性，本系统采用典型的差分放大电路来作为前置放大级，可以有效地提高共模抑制比，如图3.4和图3.5所示，11U 和12U 接成射极跟随器，可以稳定输入信号和提高输入阻抗和共模抑制比；8U 将34R 和44R 的人体共模信号检测出来用于驱动导线屏蔽层，以消除分布电容，进一步提高共模抑制比：10U 、41R 、39R 和39C 构成浮地驱动电路可将人体共模信号放大后用于激励人体右腿，从而降低共模电压，较强地抑制50Hz 工频干扰。