1       概述

心电信号检测，是检测心脏搏动时生物电在体表产生的电压差。这个电压信号有几个特点。

第一是信号小，由于是心肌收缩的生物电，本身就很小，又经过身体电阻的衰减，进一步减小。在0.5mV到2mV之间。

第二是悬浮地，人体跟检测用的电路是不共地的，就是没有共同的参考点，也称为悬浮地。

(资料图片)

第三是干扰大，人体处在室内50Hz的工频干扰中，由于人体的长度和导电性，50Hz的电磁场在身体各处都有感应电动势。形成共模干扰。在100mV到500mV之间。

第四是内阻大，由于人体的皮肤电阻，身体电阻，在体表测试心电信号时面对的就是一个高内阻的电压源。约在100KΩ到300KΩ。

所以要检测心电，首先要应对这四个特点。使用多级放大来应对信号小。使用右腿驱动来改变浮地测量。使用仪表放大器和右腿驱动来抵御共模干扰。使用仪表放大器的FET输入端和使用带有盐分的水湿润皮肤，应对高内阻。

关键字心电检测 仪表放大器 差模信号 共模信号 陷波器 共模抑制 全差分放大器 信号源任意波

2       原理图汇总

各部分说明

U3是4路运放，其中的A C D构成仪表放大器。U3使用的是TL082 FET输入型放大器，所以具有高输入阻抗。RA和LA是接右手和左手的电极，后面的RC起到低通滤波和电阻安全隔离的作用。万一电路出现故障，也不会对人体产生较大电流。

U3的B路是右腿驱动RL，将R10和R17来的共模电压反相后经RC提供给人体，抵消一部分共模干扰。U3的C和D是正相放大，然后U3的B是反相，所以经过电极连接人体后，构成负反馈，这也是右腿驱动RL 解决浮地测试的原理，它提供了直流的反馈通路，这样RL的电极就是心电检测的参考点，RA 和LA之间是差分信号，跟RL之间是共模信号，人体通过RL电极跟检测设备共地。如果没有右腿驱动RL，那么U3的C和D就会由于浮地缓慢偏移，并且共模干扰也大。

U4 A是第二级放大，用于增加总的放大倍数。并且U4 A是单电源供电，输出没有负电压，方便后面用ADC来采集心电波形。U5 A提供一个直流偏置1.65V，使单电源供电的U4 A放大器输出有一个 3.3V/2=1.65V的直流分量。

U4 B和外部的RC是陷波器，针对50Hz进行衰减。由于RC有误差，所以陷波器的频率点在50Hz附近，没有精确到50Hz，虽然没有精确对准50Hz，但是由于过渡带的存在，对50Hz也有抑制作用。后面在实测中可以看到。

仪表放大器和单电源放大器的反馈电阻上都有电容，构成低通滤波器。可以抑制高频噪声，并且限制信号带宽，防止ADC出现欠采样。

3       实物图

图中使用了心电信号实验板来进行实验。左下角是心电信号产生电路，用于调试中使用。因为不方便始终让一个真人坐在旁边提供信号。并且心电信号产生电路可以提供稳定的一致的信号，方便对电路的放大和共模抑制进行分析测试。调试成功后，连接电极测试人体心电。

这也是工程中常用的方法，产生一个类似的信号，用于解决电路中的基本问题。然后在到实际中进行实验和验证。发现问题后，改进信号产生并修正电路，再次进行实际测试。这样在产品开发过程中既得到了一个类似真实的调试环境，又最终得到了正确的电路。一举两得。这个调试环境还可以用于相关产品的开发。

4       实测心电波形

实测连接方法：使用心电电极夹，在右手、左手和右脚上连接心电电极夹子。然后用配套导线连接心电实验板。硬木课堂实验平台为实验板供电，并且用示波器在ECG端口进行观察。