专利名称：一种心电信号采集分析器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测和诊断病人心电图的心电信号采集分析器。
背景技术：
目前心电信号采集分析器多采用分立运算放大器作为前置放大，共模抑制比较小，容易受外界干扰。部分心电信号采集分析器能使用RS232接口与外接数据处理系统进行数据通信，但由于涉及到端口配置复杂令人困惑。在临床应用中难以把心电信号采集分析器得到的心电信号直接在外接数据处理系统上处理与保存。
发明内容
本实用新型的目的是为克服现有心电信号采集分析器易受干扰且心电信号难以在外接数据处理系统上处理与保存问题，提出一种能有效抗干扰而且能方便地实时和外接数据处理系统进行数据处理与保存的心电信号采集分析器。
为实现上述目的，本实用新型心电信号采集分析器包括心电信号仪器放大器电路，模数转换电路，带USB通信协议的微处理器，电源转换电路和稳压电路；所说的心电信号仪器放大器电路的输入端接心电信号导联线，输出端接模数转换电路的输入通道，所说的模数转换电路的SPI接口接带USB通信协议的微处理器的输入输出I/O口线，所说的带USB通信协议的微处理器的USB接口接外接数据处理系统的USB接口，所说的电源转换电路和稳压电路的输入端及心电信号仪器放大器电路的正电源端接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，所说的电源转换电路的输出端V-接心电信号放大电路的负电源端，所说的稳压电路的输出端接心电信号采集分析器的直流电源VCC。
由于本实用新型的心电信号仪器放大器电路采用具有极高共模抑制比和电源抑制比的仪器放大器作为前置放大，通过对带USB通信协议的微处理器编制软件，从而采用计算机软件数字滤波技术替代模拟电路信号滤波，也即通过数字技术简化电路结构，故减小由于元器件造成的杂散干扰，使用外接数据处理系统的USB电源进行供电，再经过稳压电路有效减小电源干扰，故有效地提高了本实用新型的抗干扰能力；通过带USB通信协议的微处理器的USB接口实时传送心电信号到外接数据处理系统，从而方便地和外接数据处理系统实时进行数据处理与保存。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型一种心电信号采集分析器的电路方框图；图2是本实用新型一种心电信号采集分析器实施例一的电路原理图；图3是本实用新型一种心电信号采集分析器实施例二的电路原理图；图4是本实用新型一种心电信号采集分析器实施例三的电路原理图；
具体实施方式
如图1所示的电路方框图，本实用新型一种心电信号采集分析器包括心电信号仪器放大器电路1，模数转换电路2，带USB通信协议的微处理器3，电源转换电路4和稳压电路5；心电信号仪器放大器电路1的输入端接心电信号导联线，输出端接模数转换电路2的输入通道，模数转换电路2的SPI接口接带USB通信协议的微处理器3的输入输出I/O口线，带USB通信协议的微处理器3的USB接口接外接数据处理系统的USB接口，电源转换电路4和稳压电路5的输入端及心电信号仪器放大器电路1的正电源端接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，电源转换电路4的输出端V-接心电信号仪器放大器电路1的负电源端，稳压电路5的输出端接心电信号采集分析器的直流电源VCC。
心电信号通过心电信号导联线输入心电信号仪器放大器电路1放大，经模数转换电路2转换为数字信号，带USB通信协议的微处理器3控制心电信号的采集周期和通过微处理器3的USB通信接口把数字心电信号送到外接数据处理系统处理和保存。
外接数据处理系统可以是带USB接口的PC计算机，PDA个人数据辅助，电子计算器等。
本实用新型心电信号采集分析器带USB通信接口，故支持即插即用功能，在外接数据处理系统通电和断电的情况下，均能方便地将本实用新型心电信号采集分析器的USB电缆插到外接数据处理系统的USB端口或从外接数据处理系统的USB端口拔掉。
如图2所示本实用新型一种心电信号采集分析器实施例一，为单导联心电信号采集分析器，心电信号仪器放大器电路1只有一路通道放大器，该通道放大器采用仪器放大器LT1167芯片，由电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2和仪器放大器LT1167芯片组成，模数转换电路2采用模数转换器MAX144芯片，带USB通信协议的微处理器3采用AN2122S芯片，电源转换电路4采用电压转换器ICL7660芯片，稳压电路5采用电源调整器LTC1844芯片，所说的一路通道放大器的仪器放大器LT1167的输入端2脚-IN、3脚+IN分别通过电阻R1、R2经插座JP2与心电信号导联线连接。电阻R3跨接仪器放大器LT1167的1脚RG和8脚RG，电阻R4、R5串联后并联在正电压V+与地之间，电阻R4和R5的连接点接仪器放大器LT1167的5脚REF，仪器放大器LT1167的输出6脚OUT接模数转换器MAX144的两个输入通道CH0、CH1中的其中一个输入通道CH0，负电源4脚V-接电压转换器ICL7660的输出端5脚Vout，正电源7脚V+接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，电容C1接在仪器放大器LT1167的正电源7脚V+与地之间，电容C2接在仪器放大器LT1167的负电源4脚V-与地之间。
由于人体体表心电信号属于微弱信号一般峰峰值为1mV数量级。心电信号采集分析器使用环境不容乐观，尤其在救护车环境受汽车干扰。为确保心电信号采集分析器具有较强的抗干扰能力，心电信号前置通道放大器采用仪器放大器LT1167，其特点具有极高的输入阻抗、较高共模抑制比、电源抑制比。放大器输入端通过串联电阻R1、R2与心电信号导联线连接。放大器的放大倍数可通过增益电阻R3控制。两个分压等值电阻R4、R5在正电源与地之间取得中间分压，通过调整LT1167的参考电压输入端控制放大器的输出偏移电压。退耦电容C1、C2分别用于放大器正负电源的滤波。心电信号经放大以后由放大器的输出端输出，由于输出偏移电压的设置，保证输出信号为正电压。
模数转换电路2采用模数转换器MAX144芯片，直流电源VCC接模数转换器MAX144的1脚VDD和5脚REF，模数转换器MAX144的1脚VDD经电容C3接地、5脚REF经电容C4接地，模数转换器MAX144的6脚CS/SHDN、7脚DOUT和8脚SCLK作为SPI接口接带USB通信协议的微处理器AN2122S芯片的PC2、PC3、PC4输入输出I/O口线。
模数转换器采用MAX144，其特点具有12位分辨率、低功耗、单电源供电、正参考电压、两通道模拟信号输入、采用串行输出接口。单导联心电信号采集分析器使用MAX144两个输入端口的0通道CH0输入端口作为心电信号的模拟量输入端口，经模数转换器MAX144转换后的数字心电信号通过SPI接口与微处理器AN2122S连接。退耦电容C3用于模数转换器MAX144电源滤波，退耦电容C4用于模数转换器MAX144参考电压滤波。
带USB通信协议的微处理器3采用AN2122S芯片，该微处理器AN2122S芯片的USB接口41脚USBD-和42脚USBD+分别经电阻R10、R11接外接数据处理系统的USB接口，为让微处理器AN2122S能断开USB接口，电阻R9的一端接微处理器AN2122S芯片的43脚DSCON，另一端接微处理器AN2122S芯片的42脚USBD+。
带USB通信协议的微处理器AN2122S芯片，其特点USB接口与微处理器集成，提供基于RAM的软解决方案，允许无限制的配置和升级。微处理器AN2122S芯片的Xin和Xout端外接电容C5、C6、石英晶体X1组成振荡电路；微处理器AN2122S芯片的RESET端外接电阻R6、电容C7组成复位电路；微处理器AN2122S芯片的SCL和SDA为I2C接口，分别与24LC32EEPROM的SCL和SDA连接，微处理器AN2122S芯片通过I2C接口外接24LC32EEPROM作为控制器的引导装载器，向微处理器AN2122S芯片提供VID/PID和运行程序，为保证微处理器AN2122S芯片正确识别EEPROM的数据宽度，24LC32EEPROM的A0端接VCC、A1和A2端接地。
电源转换电路4采用电压转换器ICL7660，电压转换器ICL7660的输入端8脚V+接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，输出端5脚Vout输出负电压V-，接仪器放大器LT1167的负电源4脚V-，电压转换器ICL7660的输出电压V-与输入电压V+相反，提供仪器放大器LT1167的负电源，以确保仪器放大器LT1167对负输入信号进行不失真放大，电容C8，输出滤波电容C9减少电压转换器ICL7660输出负电压V-的干扰。稳压电路5采用电源调整器LTC1844，该电源调整器LTC1844的输入端1脚IN接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，输出端5脚OUT接心电信号采集分析器的直流电源VCC，电源调整器LTC1844对来自外接数据处理系统的USB接口的+5V电源进一步稳压，以向模数转换电路2和带USB通信协议的微处理器3控制电路提供+3.3V的直流电源VCC，电容C12是输入滤波电容，电容C10是输出滤波电容，电容C11是旁路电容。
还有二个指示灯，分别接带USB通信协议的微处理器AN2122S的两条输入输出I/O口线，也即，发光二极管D1和限流电阻R7串联，发光二极管D2和限流电阻R8串联后分别接微处理器AN2122S的PC5和PC6输入输出I/O口线作为运行指示，其中一个是心电信号指示灯，当接收到心电信号时，该指示灯亮，反之熄灭，另一个是运行指示灯，当心电信号采集分析器接入外接数据处理系统的USB接口后，该运行指示灯亮，当带USB通信协议的微处理器AN2122S运行后，该运行指示灯则高速闪动。
如图3所示本实用新型一种心电信号采集分析器实施例二，为双导联心电信号采集分析器，心电信号仪器放大器电路1包括二路通道放大器，该二路通道放大器，其中每一路通道放大器采用仪器放大器LT1167芯片，由电阻R1、R2、R3，电容C1、C2和仪器放大器LT1167芯片组成，模数转换电路2采用模数转换器MAX144芯片，带USB通信协议的微处理器3采用AN2122S芯片，电源转换电路4采用电压转换器ICL7660芯片，稳压电路5采用电源调整器LTC1844芯片，所说的二路通道放大器，其中每一路通道放大器的仪器放大器LT1167的输入端2脚-IN、3脚+IN分别通过电阻R1、R2经插座JP2与心电信号导联线连接，电阻R3跨接仪器放大器LT1167的1脚RG和8脚RG，负电源4脚V-接电压转换器ICL7660的输出端5脚Vout，正电源7脚V+接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，电容C1接在仪器放大器LT1167的正电源7脚V+与地之间，电容C2接在仪器放大器LT1167的负电源4脚V-与地之间；电阻R4、R5串联后并联在正电压V+与地之间，所说的二路通道放大器，其中每一路通道放大器中的仪器放大器LT1167的5脚REF接电阻R4和R5的连接点；所说的二路通道放大器，其中一个仪器放大器LT1167的输出6脚OUT接入模数转换器MAX144的一个输入通道CH0，另一个仪器放大器LT1167的输出6脚OUT接入模数转换器MAX144的第二个输入通道CH1，实施例二双导联心电信号采集分析器的心电信号仪器放大器电路1的二路通道放大器，其中每一路通道放大器的电路结构和原理和实施例一单导联心电信号采集分析器的类似，实施例二双导联心电信号采集分析器的模数转换电路2采用模数转换器MAX144芯片，带USB通信协议的微处理器3采用AN2122S芯片，电源转换电路4采用电压转换器ICL7660芯片，稳压电路5采用电源调整器LTC1844芯片，还有二个指示灯，具体电路结构及原理和实施例一单导联心电信号采集分析器相同，此处不重复叙述。
如图4所示本实用新型一种心电信号采集分析器实施例三，为12导联心电信号采集分析器，心电信号仪器放大器电路1包括九路通道放大器和一个多路信号复用器4051芯片，模数转换电路2采用模数转换器MAX144芯片，带USB通信协议的微处理器3采用AN2122S芯片，电源转换电路4采用电压转换器ICL7660芯片，稳压电路5采用电源调整器LTC1844芯片，所说的九路通道放大器，其中每一路通道放大器由电阻R1、R2、R3，电容C1、C2和仪器放大器LT1167芯片组成，所说的每一路通道放大器的仪器放大器LT1167的输入端2脚-IN、3脚+IN分别通过电阻R1、R2经插座JP2与心电信号导联线连接，电阻R3跨接仪器放大器LT1167的1脚RG和8脚RG，负电源4脚V-接电压转换器ICL7660的输出端5脚Vout，正电源7脚V+接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，电容C1接在仪器放大器LT1167的正电源7脚V+与地之间，电容C2接在仪器放大器LT1167的负电源4脚V-与地之间，电阻R4、R5串联后并联在正电压V+与地之间，所说的九路通道放大器，其中每一路通道放大器中的仪器放大器LT1167的5脚REF接电阻R4和R5的连接点，其中每一路通道放大器中的仪器放大器LT1167的3脚+IN通过电阻R2与同一根心电信号导联线连接，所说的九路通道放大器，其中一路通道放大器中的仪器放大器LT1167的输出6脚OUT接模数转换器MAX144的一个输入通道CH1，另外八路通道放大器中的仪器放大器LT1167的输出6脚OUT分别接多路信号复用器4051的八路信号输入端X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7，多路信号复用器4051的选通地址端A、B、C接带USB通信协议的微处理器(3)的输入输出I/O口线，多路信号复用器4051的输出端X接模数转换器MAX144的另一个输入通道CH0。
实施例三12导联心电信号采集分析器的心电信号仪器放大器电路1的九路通道放大器，其中每一路通道放大器的电路结构和原理和实施例一单导联心电信号采集分析器的类似，实施例三12导联心电信号采集分析器的模数转换电路2采用模数转换器MAX144芯片，带USB通信协议的微处理器3采用AN2122S芯片，电源转换电路4采用电压转换器ICL7660芯片，稳压电路5采用电源调整器LTC1844芯片，还有二个指示灯，具体电路结构及原理和实施例一单导联心电信号采集分析器相同，此处不重复叙述。
上述三个实施例，无论实施例一，实施例二，还是实施例三，本实用新型的心电信号仪器放大器电路1均采用具有极高共模抑制比和电源抑制比的仪器放大器LT1167作为前置通道放大，以确保心电信号采集分析器具有较强的抗干扰能力，适应各种环境下工作，并且可以通过对带USB通信协议的微处理器编制软件，采用计算机软件数字滤波技术替代模拟电路信号滤波，简化电路结构，减小元器件造成的杂散干扰，同时使用外接数据处理系统的USB电源进行供电，并经过稳压电路有效减小电源干扰，故本实用新型无论实施例一，实施例二，还是实施例三均有较强的抗干扰能力；并且通过带USB通信协议的微处理器的USB接口实时传送心电信号到外接数据处理系统，大大方便了和外接数据处理系统实时进行数据处理与保存。
权利要求1.一种心电信号采集分析器，其特征在于包括心电信号仪器放大器电路(1)，模数转换电路(2)，带USB通信协议的微处理器(3)，电源转换电路(4)和稳压电路(5)；所说的心电信号仪器放大器电路(1)的输入端接心电信号导联线，输出端接模数转换电路(2)的输入通道，所说的模数转换电路(2)的SPI接口接带USB通信协议的微处理器(3)的输入输出I/O口线，所说的带USB通信协议的微处理器(3)的USB接口接外接数据处理系统的USB接口，所说的电源转换电路(4)和稳压电路(5)的输入端及心电信号仪器放大器电路(1)的正电源端接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，所说的电源转换电路(4)的输出端V-接心电信号仪器放大器电路(1)的负电源端，所说的稳压电路(5)的输出端接心电信号采集分析器的直流电源VCC。
2.根据权利要求1所述的心电信号采集分析器，其特征在于所说的心电信号仪器放大器电路(1)包括一路通道放大器，该通道放大器由电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2和仪器放大器LT1167芯片组成，所说的仪器放大器LT1167的输入端2脚-IN、3脚+IN分别通过电阻R1、R2与心电信号导联线连接，电阻R3跨接仪器放大器LT1167的1脚RG和8脚RG，电阻R4、R5串联后并联在正电压V+与地之间，电阻R4和R5的连接点接仪器放大器LT1167的5脚REF，所说的仪器放大器LT1167的输出6脚OUT接模数转换电路(2)的输入通道，负电源4脚V-接电源转换电路(4)的输出端V-，正电源7脚V+接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，电容C1接在仪器放大器LT1167的正电源7脚V+与地之间，电容C2接在仪器放大器LT1167的负电源4脚V-与地之间。
3.根据权利要求1所述的心电信号采集分析器，其特征在于所说的心电信号仪器放大器电路包括二路通道放大器，所说的二路通道放大器，其中每一路通道放大器由电阻R1、R2、R3，电容C1、C2和仪器放大器LT1167芯片组成，所说的每一路通道放大器的仪器放大器LT1167的输入端2脚-IN、3脚+IN分别通过电阻R1、R2与心电信号导联线连接，电阻R3跨接仪器放大器LT1167的1脚RG和8脚RG，负电源4脚V-接电源转换电路(4)的输出端V-，正电源7脚V+接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，电容C1接在仪器放大器LT1167的正电源7脚V+与地之间，电容C2接在仪器放大器LT1167的负电源4脚V-与地之间，所说的每一路通道放大器中的仪器放大器LT1167的输出6脚OUT接模数转换电路(2)的相应输入通道，电阻R4、R5串联后并联在正电压V+与地之间，所说的二路通道放大器，其中每一路通道放大器中的仪器放大器LT1167的5脚REF接电阻R4和R5的连接点。
4.根据权利要求1所述的心电信号采集分析器，其特征在于所说的心电信号仪器放大器电路包括九路通道放大器和一个多路信号复用器4051芯片，所说的九路通道放大器，其中每一路通道放大器由电阻R1、R2、R3，电容C1、C2和仪器放大器LT1167芯片组成，所说的每一路通道放大器的仪器放大器LT1167的输入端2脚-IN、3脚+IN分别通过电阻R1、R2与心电信号导联线连接，电阻R3跨接仪器放大器LT1167的1脚RG和8脚RG，负电源4脚V-接电源转换电路(4)的输出端V-，正电源7脚V+接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，电容C1接在仪器放大器LT1167的正电源7脚V+与地之间，电容C2接在仪器放大器LT1167的负电源4脚V-与地之间，电阻R4、R5串联后并联在正电压V+与地之间，所说的九路通道放大器，其中每一路通道放大器中的仪器放大器LT1167的5脚REF接电阻R4和R5的连接点，其中每一路通道放大器中的仪器放大器LT1167的3脚+IN通过电阻R2与同一根心电信号导联线连接，所说的九路通道放大器，其中一路通道放大器中的仪器放大器LT1167的输出6脚OUT接模数转换电路(2)的一路输入通道，另外八路通道放大器中的仪器放大器LT1167的输出6脚OUT分别接多路信号复用器4051的八路信号输入端X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7，多路信号复用器4051的选通地址端A、B、C接带USB通信协议的微处理器(3)的输入输出I/O口线，多路信号复用器4051的输出端X接模数转换电路(2)的另一路输入通道。
5.根据权利要求1所述的心电信号采集分析器，其特征在于所说的模数转换电路(2)采用模数转换器MAX144芯片，直流电源VCC接模数转换器MAX144的1脚VDD和5脚REF，模数转换器MAX144的1脚VDD经电容C3接地、5脚REF经电容C4接地，模数转换器MAX144的6脚CS/SHDN、7脚DOUT和8脚SCLK作为SPI接口接带USB通信协议的微处理器(3)的输入输出I/O口线。
6.根据权利要求2或5所述的心电信号采集分析器，其特征在于所说的一路通道放大器的仪器放大器LT1167的输出6脚OUT接模数转换器MAX144的两个输入通道CH0、CH1中的其中一个。
7.根据权利要求3或5所述的心电信号采集分析器，其特征在于所说的二路通道放大器，其中的二个仪器放大器LT1167的输出6脚OUT分别接入模数转换器MAX144的两个输入通道CH0、CH1。
8.根据权利要求4或5所述的心电信号采集分析器，其特征在于所说的接模数转换电路(2)的一路输入通道的其中一路通道放大器的仪器放大器LT1167的输出6脚OUT是接模数转换器MAX144的一个输入通道CH1，所说的接模数转换电路(2)另一路输入通道的多路信号复用器4051的输出端X是接模数转换器MAX144的另一个输入通道CH0。
9.根据权利要求1所述的心电信号采集分析器，其特征在于所说的带USB通信协议的微处理器(3)采用AN2122S芯片，微处理器AN2122S芯片的USB接口41脚USBD-和42脚USBD+分别经电阻R10、R11接外接数据处理系统的USB接口，电阻R9的一端接微处理器AN2122S芯片的43脚DSCON，另一端接微处理器AN2122S芯片的42脚USBD+。
10.根据权利要求1所述的心电信号采集分析器，其特征在于所说的电源转换电路(4)采用电压转换器ICL7660，该电压转换器ICL7660的输入端8脚V+接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，输出端5脚Vout输出负电压V-，接心电信号放大电路(1)的负电源端，所说的稳压电路(5)采用电源调整器LTC1844，该电源调整器LTC1844的输入端1脚IN接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，输出端5脚OUT接心电信号采集分析器的直流电源VCC。
11.根据权利要求1所述的心电信号采集分析器，其特征在于还有二个指示灯，分别接带USB通信协议的微处理器(3)的两条输入输出I/O口线。
专利摘要一种心电信号采集分析器，包括心电信号仪器放大器电路，模数转换电路，带USB通信协议的微处理器，电源转换电路和稳压电路；心电信号仪器放大器电路的输入接心电信号导联线，输出接模数转换电路的输入通道，模数转换电路的SPI接口接微处理器的输入输出I/O口线，微处理器的USB接口接外接数据处理系统的USB接口，电源转换电路和稳压电路的输入及心电信号仪器放大器电路的正电源接外接数据处理系统的USB接口的V+口线，电源转换电路的输出V－接心电信号仪器放大器电路的负电源，稳压电路的输出接心电信号采集分析器的直流电源VCC；本分析器能有效抗干扰且能方便地实时和外接数据处理系统进行数据处理与保存。
文档编号G06F19/00GK2625970SQ0324689
公开日2004年7月14日 申请日期2003年6月4日 优先权日2003年6月4日
发明者冯洪安, 徐文 申请人:中国科学院广州电子技术研究所