ADS1298模擬前端的便攜式生理信號采集系統

摘要：介紹了一種便攜式多功能生理信號采集裝置，用戶通過簡單設置及選擇相應電極，可分別進行腦電和心電數據的實時采集，并能對數據進行顯示和存儲。它具有精度高、體積小、功耗低等特點。該系統下位機主要由ST公司的STM32單片機STM32F103和TI公司的ADS1298模擬前端IC構成，省去了大量的外圍電路。下位機通過USB2．0協議與上位機進行數據傳輸。上位機USB驅動由NI-VISA實現，軟件用LabVIEW開發。
關鍵詞：生理電信號；24位ADC；USB；LabVIEW

引言
生理電信號在醫療診斷和科學研究方面有著重要的意義。目前，生理電信號采集裝置通常針對某種特定的信號設計，如腦電圖機、心電圖機等。通常精度高的儀器，由于各個通道均需要獨立的模擬放大、濾波等模塊，故其體積往往較大，限制了儀器的應用環境。而腦電的幅頻特性“0．001～0．1 mV、0．5～40 Hz”與心電的幅頻特性“1～5 mV、0．05～100 Hz”具有相似性。本文運用24位ADC技術，直接采集生理電信號，進行數字濾波和放大，設計一種能通過簡單配置，能分別采集腦電和心電的生理信號采集系統。該系統具有可復用、便攜、功耗低等特點，為生理信號的采集提供一種新方案。

1 總體設計
考慮到整個系統的精度、體積、成本以及電子技術的發展趨勢，提出以下設計方案。為減小系統體積，提升精度，系統利用24位A／D轉換芯片和低數值基準電壓源，得到高分辨率的數字信號(μV／bit級)，傳送至單片機。單片機根據具體的應用(腦電或心電)配置A／D芯片，并進行數據的采集、存儲。由于數據量較大，系統上／下位機之間采用USB協議進行數據傳輸。為防止人體觸電、減少信號干擾，USB數據鏈路采用ADuM4160芯片進行隔離。上位機采用LabVIEW軟件實現USB驅動、數據處理和界面的設計。圖1為系統的原理框圖。

2 硬件設計
2．1 預處理電路
圖2為預處理部分電路。該部分由二階無源低通濾波和限幅電路組成，起到消除高頻干擾和過壓保護的作用。其中，低通截止頻率為30 kHz，可通過電壓幅值范圍為±700mV。