模拟部分设计
·前置放大器模块
本文采用了一种新型的生理电信号前置放大器[7][8]。记录方式为双极输入。电路结构简单,可以在抑制直流干扰的情况下,无需刻意匹配便可以提供极高的共模抑制比。该电路由四部分构成:高通网络,并联型双运放放大器,带有积分反馈电路的高通差分放大器和共模信号取样驱动电路,电路如图3所示。这个放大电路有两个不同于以往其它生物前置放大器的特点。其一是,高通网络放在了放大电路的前端;其二是,放大电路的放大倍数都做在前级放大即并联型双运放放大器上。
在以前的生物电前置放大器设计中,有人试图在前置放大器的输入端加上隔直电容来避免极化电压使高增益的前置放大器进入饱和状态,但由于信号源的内阻高,且两输入端不平衡,隔直电容使等共模干扰转变为差模干扰,结果适得其反,严重地损害了放大器的性能。但是在这个放大器设计中信号输入的高通网络是不接地的,如果输入一个共模电压,在网络中没有电流流过(没有共模电流的通路),高通网络中各点电位相等,不会变共模信号为差模信号,可以达到很高的共模抑制比。此外,由于生物体信号源的内阻一般较高,因此我们使用时尽可能选取大阻值的R1 、R2 ,可以比较好的满足电路需要。
·滤波网络模块
为了更好的滤除高频干扰,我们设计出有源三阶低通滤波器抑制噪声。滤波网络的截止频率为25Hz。
·多路模拟开关模块
本系统通过软件控制CMOS多路模拟开关ADG726来实现信号的切换,ADG726由地址译码器和多路双向模拟开关组成,通过外部地址输入,经内部经内部地址译码器译码后,接通与地址码相对应的一个开关,实现两组从16线到1线或者一组差分16线到1线的传送,
·模数转换模块设计
在系统中,信号经过放大滤波,进入模数转换器。因为宫缩检测系统是多导联采集,因此需要模数转换器具有较高的采样速度。我们选用了AD7674,它是一款速度极快,低功耗,单电源供电,分辨率可达18位模数转换器(ADC),采用逐次逼近型结构。为了给用户更好的选择和平衡,AD7674有三种工作模式供选择:WARP模式、通用模式和脉冲模式。在WARP模式,数据的输出速率可高达800kSPS;在通用模式,具有很好的同步性能;而在低功耗模式,可获得极低的功耗。18位AD7674分辨率可以达到,满足了检测EHG信号的要求。
数字部分设计
·新型的数据采集芯片ADuC847
ADuC847是ADI公司新推出的高性能处理芯片,该芯片提供62K字节闪速/电擦除程序存储器,4K字节片上闪速/电擦除数据存储器和2304字节数据 RAM。
ADuC847通过一个片内锁相环PLL 产生一个12.58 MHz高频时钟,使之运行于32 KHz 外部晶振。此时钟通过一个从MCU 核心时钟工作频率分离的可编程时钟发送。片内微控制器是一个优化的单指令周期8052 闪存MCU,在保持与8051指令系统兼容的同时,具有12.58MIPS的性能。本文设计的宫缩检测仪功能的实现得益于高性能的AduC847。图4中可见它与电路中其他主要部分的连接方式。




·数字外围电路的设计
* 片外数据存储器628128
ADuC847包含一个2k字节的片上外扩数据存储器。但由于需要采集量较大我们选用了CMOS芯片628128作为本系统的数据存储器。628128是128K×8位的CMOS静态RAM,其读写时间为85ns,可以与ADuC847相匹配。功耗很低,静态时为10mW,工作时为70mW,工作电压为单一+5V,三态输出。
由于我们采用的是18位的A/D,每个数据占三个字节;16通道,200Hz采样率。因此,RAM中能够同时存放128000/3/16/200=13.3(秒)的数据,可以满足数据缓存的要求。
* 串口在线下载调试
与以往的80C51单片机不同,ADuC847具有在线调试和下载功能,它由支持ADuC8xx的开发工具包QuickStart开发系统来提供。也就是说,在用户系统保留ADuC847的情况下,通过开发系统与ADuC847的串行接口通信,直接对用户系统进行调试,并在调试完成后将已调试好的程序下载到ADuC847中。
* 电源
本系统采用蓄电池供电,其供应电压为6V,需要经过MAX603进行稳压操作,把整个采集系统的供电电压稳定在5V。
* USB接口
CH375是一个USB总线的通用接口芯片,支持HOST主机方式和SLAVE设备方式。在本地端,CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出,可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU等控制器的系统总线上。在USB主机方式下,CH375还提供了串行通讯方式,通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU 等相连接。从图4可以看出它与单片机的连接方式。