ADS1298模拟前端的便携式生理信号采集系统
摘要：介绍了一种便携式多功能生理信号采集装置，用户通过简单设置及选择相应电极，可分别进行脑电和心电数据的实时采集，并能对数据进行显示和存储。它具有精度高、体积小、功耗低等特点。该系统下位机主要由ST公司的STM32单片机STM32F103和TI公司的ADS1298模拟前端IC构成，省去了大量的外围电路。下位机通过USB2．0协议与上位机进行数据传输。上位机USB驱动由NI-VISA实现，软件用LabVIEW开发。
关键词：生理电信号；24位ADC；USB；LabVIEW
引言
生理电信号在医疗诊断和科学研究方面有着重要的意义。目前，生理电信号采集装置通常针对某种特定的信号设计，如脑电图机、心电图机等。通常精度高的仪器，由于各个通道均需要独立的模拟放大、滤波等模块，故其体积往往较大，限制了仪器的应用环境。而脑电的幅频特性“0．001～0．1 mV、0．5～40 Hz”与心电的幅频特性“1～5 mV、0．05～100 Hz”具有相似性。本文运用24位ADC技术，直接采集生理电信号，进行数字滤波和放大，设计一种能通过简单配置，能分别采集脑电和心电的生理信号采集系统。该系统具有可复用、便携、功耗低等特点，为生理信号的采集提供一种新方案。
1 总体设计
考虑到整个系统的精度、体积、成本以及电子技术的发展趋势，提出以下设计方案。为减小系统体积，提升精度，系统利用24位A／D转换芯片和低数值基准电压源，得到高分辨率的数字信号(μV／bit级)，传送至单片机。单片机根据具体的应用(脑电或心电)配置A／D芯片，并进行数据的采集、存储。由于数据量较大，系统上／下位机之间采用USB协议进行数据传输。为防止人体触电、减少信号干扰，USB数据链路采用ADuM4160芯片进行隔离。上位机采用LabVIEW软件实现USB驱动、数据处理和界面的设计。图1为系统的原理框图。
2 硬件设计
2．1 预处理电路
图2为预处理部分电路。该部分由二阶无源低通滤波和限幅电路组成，起到消除高频干扰和过压保护的作用。其中，低通截止频率为30 kHz，可通过电压幅值范围为±700mV。
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