微型轉換器中的信號處理

　　圖5顯示了HRM的模擬輸出。我們可以看到從220 V電力線 耦合而來的50 Hz噪聲。采集到的信號可以通過微型轉換器 中的數字陷波濾波器處理。為此，我們根據200 Hz的采樣 頻率，設計了一個二階FIR濾波器。陷波濾波器采用極點 零點放置方法，用于抑制50 Hz干擾。

　　圖5. 監護儀模擬輸出端顯示出從電力線耦合而來的噪聲

　　MATLAB提供的FDATool工具（如圖6所示）用于設計陷波濾 波器。在極點零點圖中，將兩個零點處于±π/2相位。對于 200 Hz采樣速率，50 Hz成分將被消除。

　　圖6. 數字陷波濾波器旨在消除噪聲 （運用來自MATLAB的FDATool工具）

　　零點處于單位圓中—FIR的系數為整數—因此微型轉換器的 計算負擔大為減輕。

　　傳遞函數為：

　　2 H（z） = 1+ z2

　　可以將該傳遞函數轉換為可編程遞歸算法，y［n］= x［n］+ x［n ? 2］

　　其中：

　　n表示當前值 n-1表示前一時刻的值，依此類推。

　　根據系數，C代碼如圖7所示。

　　圖8所示為數字陷波濾波器之后的ECG波形。50 Hz噪聲已被消除。

　　圖7. 陷波濾波器的C代碼

　　圖8. PC上顯示的ECG波形（減去噪聲）

　　表1. 試驗結果符合容許讀取誤差標準

　　心率計算的精度

　　根據“心臟監護儀、心率儀和警報系統”標準ANSI/AAMI EC13:2002，容許的心率儀最小范圍應為30 bpm至200 bpm， 容許的讀數誤差“不得大于輸入速率的±10%或±5 bpm，以 較大者為準。” 該HRM設計利用Fluke MPS450多參數ECG仿真器以不同心 率在HRM板的輸入端產生ECG信號。微型轉換器對電路板 的輸出進行采樣并計算心率值，然后傳輸至PC顯示出來。

　　功耗

　　HRM設計采用鋰電池或紐扣電池供電，以便可以長時間用 在便攜應用中，例如運動監護。應保證模擬前端能夠采用 1.8 V到5 V的電壓工作。 采用3.3 V電源時，模擬前端板的功耗為300 μA，微型轉換 器的功耗為330 μA（使用1 MHz系統內部時鐘）。HRM的總功 耗為660 μA。假設紐扣電池容量為50 mA，則可確保工作約 75小時—對便攜式監護儀來說，這一續航時間已經非常了 不起—這在很大程度上要歸功于低功耗IC。

　　本文提到的產品

　　產品 描述

　　AD8236 微功耗、零交越失真儀表放大器

　　AD8619 低成本、微功耗、低噪聲CMOS RRIO四通道運算放大器

　　參考文獻

　　AD8236，40 μA微功耗、零交越失真儀表放大器，ADI公 司，2009年。

　　ANSI/AAMI EC13:2002，“心臟監護儀、心率儀和警報系 統”，（美國）醫療器械促進協會。

　　Jon Firth和Paul Errico，符合ECG系統要求的低功耗、低電 壓IC選擇，《模擬對話》，第29卷第3期，1995年。

　　Reza Moghimi，通過遲滯根除比較器的不穩定性，《模擬 對話》，第34卷第7期，2000年。

　　Steve Sockolov，超低電壓、微功耗放大器（VS 《 3 V， ISY 《 500 μA）—的選擇與使用。《模擬對話》，第29卷第3期， 1995年。