ECG模块技术说明书.doc

爱康电子有限公司技术文档 AIKD812-256小信号采样模块技术说明书AIKD812-256心电图采样模块技术说明书一、 概述简介AIKD812-256心电图采样模块是专门为采样心电图而设计的产品，它有八个差分信号输入通道，由于模拟输入端具有高达100M的输入阻抗，所以它可以直接连接高阻信号源，模块以串行方式输出采样的数据。本产品使用精密运算放大器、24位模数转换器和高速处理器，配合有效的数字滤波器算法，使得本产品非常容易在强噪声背景、高输出阻抗环境下获取微小的心电图信号。整个电路被封装在1.51.50.381英寸的模块内。性能l 同步12导联采样l 单5V电源供电l 信号地：浮地，等效于右腿启动之直流电平l 模拟通道：8通道l 模拟输入：差分输入l 共模驱动：提取共模信号，反向驱动l 高共模抑制比：110dB（典型值）l 高输入阻抗：100 M（典型值）l 低等效输入噪声：15uV（最大值）l 采样频率：2400点/通道l 数据输出：500点/通道或1000点/通道l 输出数据：12位l 差分输入范围：8mVl 输出方式：串行接口，8位数据位，1为停止位，非校验l 内置数字滤波：工频滤波器：关闭或陷波频率50、60Hz可选高通滤波器：时间常数0.3、0.5、0.8、1.6、3.3s可选低通滤波器：截止频率26、36、45、54、60、77、150Hz可选应用l 心电图机/工作站l 脑电图机/工作站l 高阻的小信号的直接采样（例如：其它生物体信号）二、 引脚定义引脚的顺序跟普通的IC类似，顶面的点状标志对应下方的引脚为1号引脚。引脚名称含义引脚名称含义1XRF右腿驱动15+5V电源，必须是+5V2SH导联线屏蔽驱动16+5V电源，必须是+5V3XC6连接C6电极（胸电极）17DGND数字地4XC1连接C1电极（胸电极）18RXD串口接收端5XC5连接C5电极（胸电极）19TXD串口发送端6XLF连接LF电极（左腿）20NC必须悬空，不做任何连接7XC4连接C4电极（胸电极）21NC必须悬空，不做任何连接8XLA连接LA电极（左手）22SEL必须接10K电阻上拉到电源9XC3连接C3电极（胸电极）23NC必须悬空，不做任何连接10XC2连接C2电极（胸电极）24NC必须悬空，不做任何连接11XRA连接RA电极（右手）25NC必须悬空，不做任何连接12SH导联线屏蔽驱动26NC必须悬空，不做任何连接13AGND模拟地27NC必须悬空，不做任何连接14AGND模拟地28NC必须悬空，不做任何连接三、 参数心电图采样模块的供电应该在下表范围内，否则可能引起永久性损坏。除非另外说明，下列参数的测试条件为：常温、+5V供电、屏蔽驱动和右腿驱动均使用。参数条件最小 典型 最大单位模拟通道8采样频率每个通道2400Dot数据输出速率每个通道、不同导联体系500/1000Dot数据输出位数每个通道12Bit模拟输入范围每个通道0 16mV频带宽度每个通道150Hz输入阻抗DC100M共模抑制比110dB输入噪声 15uV工频滤波器凹口频率增益凹口频率50（缺省）、60可选-20dB低频滤波器时间常数0.3、0.5、0.8、1.6、3.3（缺省）可选高频滤波器截止频率26、36、45、54、60、77、150（缺省）可选电源电压4.85 5 5.15V电源电流57mA工频数字滤波器在50Hz和高频数字滤波器滤波器在截止频率45Hz下的模拟结果如下图所示，低频滤波器的测试方法符合GB1139的要求，在此不重复叙述。 50Hz下的工频数字滤波器 ft=45Hz时候的高频数字滤波器滤波器可以看出：工频数字滤波器在凹口频率点的衰减接近，在强工频干扰下，对噪声信号有很好的抑制作用，下图说明了实际心电图的滤波效果，其中上图为带有工频干扰的心电图波形，下图为滤波后的波形。四、 接口电路心电图采样模块的输入端可以直接接人体，但是心电图机标准要求心电图机能防除颤，所以在模块输入端应该加放电元件，避免除颤信号损坏心电图机。心电图采样模块以UART串行方式输出数据，3.3V的TTL电平输出，数据格式为8位数据位，1为停止位，非校验，采用115200的波特率。物理上，心电图采样模块可以和处理器直接对接以采样心电图信号，但是心电图机标准有安全要求，需要在供电和数据链路上进行电气隔离。在UART接口上的隔离是一种最方便廉价的方式。如下图所示。五、 命令描述主机向心电模块的命令共20字节，不需要的附加字节用填充0。AIKD（0x41，0x49，0x4b，0x44） 命令（1） 附加字节（14） 校验和（1） （0） （1） （2） （3） （4） （518） （19）命令分类命令字节命令描述波形数据传输命令（送数命令发出后，模块开始连续送数据）0X15第一附加字节决定传输开关0停止送数（上电缺省）1按照Wilson导联体系开始送数2按照Frank导联体系开始送数滤波器控制（控制方法见下面说明）0X25第一附加字节：工频滤波0关，1250Hz，1060Hz，缺省12第二附加字节：基漂滤波03.3s，时间常数控制，缺省1第三附加字节：肌电滤波0150Hz，截至频率控制，缺省0起搏检测导联（对带起搏检测的模块有效）0X26第一附加字节：导联编号07表示II、III、C1C6导联复位命令（此命令让波形快速复位）0X35不使用附加字节握手命令（用此命令识别模块）0X45不使用附加字节模块应答15字节注意：校验和不对的命令将被忽略。六、 滤波器控制对应“命令描述”中的附加字节，对滤波器的控制采用如下方法：数字滤波器控制方法缺省工频滤波器第一附加字节0121012凹口频率（Hz）关闭50Hz60Hz低频滤波器第二附加字节1246101时间常数（s）3.31.60.80.50.3高频滤波器第三附加字节079101215210截止频率（Hz）150776054453626七、 数据格式当发出波形数据传输命令后，模块连续上传采样的数据，每2ms发送一个数据包，每包16字节。如果模块采用Wilson体系送数，数据包内包括II、III、V1-V6导联的数据，由上位机计算I、avR、avL和avF的数据，计算方法见后面的说明。如果模块采用Frank导联体系送数，数据包内包括前后两个点的X、Y、Z波形值，X1、Y1、Z1在前，X2、Y2、Z2在后，因此在此方式下，采样点是1000dot/s下表叙述了数据包的组成和含义。心电模块向主机的数据帧由16个字节组成（Wilson导联）高2位 低6位第0字节1SELII高字节第1字节0D1II低字节第2字节0D2III高字节第3字节0D3III低字节第4字节0D4C1高字节第5字节0D5C1低字节第6字节0D6C2高字节第7字节0D7C2低字节第8字节0D8C3高字节第9字节0D9C3低字节第10字节0D10C4高字节第11字节0D11C4低字节第12字节0D12C5高字节第13字节0D13C5低字节第14字节0D14C6高字节第15字节0D15C6低字节心电模块向主机的数据帧由16个字节组成（Frank导联）高2位 低6位第0字节1SELX1高字节第1字节0D1X1低字节第2字节0D2Y1高字节第3字节0D3Y1低字节第4字节0D4Z1高字节第5字节0D5Z1低字节第6字节0D6X2高字节第7字节0D7X2低字节第8字节0D8Y2高字节第9字节0D9Y2低字节第10字节0D10Z2高字节第11字节0D11Z2低字节第12字节0D120第13字节0D130第14字节0D140第15字节0D150状态位的定义：（SEL决定了其它位的定义）数据位SEL=0 数据位表示的内容SEL=1 数据位表示的内容D1RA (0正常，1脱落）工频滤波器D2D10关闭，150Hz，260HzD2LA (0正常，1脱落）D3RF (0正常，1脱落）基漂滤波器D5D30 1 2 3 43.3 1.6 0.8 0.5 0.3 (秒)D4LF (0正常，1脱落）D5C1 (0正常，1脱落）D6C2 (0正常，1脱落）肌电滤波器D8D60 1 2 3 4 5 6关 26 36 45 54 60 77 (Hz)D7C3 (0正常，1脱落）D8C4 (0正常，1脱落）D9C5 (0正常，1脱落）起搏检测导联D11D90 1 2 3 4 5 6 7II III V1 V2 V3 V4 V5 V6D10C6 (0正常，1脱落）D11导联体系 (0=Wilson，1=Frank)D12基线复位 (0=正常，1=复位)备用D13起搏信号 (0=无起搏，1=有起搏)备用D14备用备用D15备用备用Wilson导联体系下其它导联的计算方法I = II - IIIII = 数据包中的II导联值 - 2048III = 数据包中的III导联值 - 2048avR = III/2 - IIavL = II/2 - IIIavF = (II+III)/2V1 = 数据包中的C1导联值 - (II+III)/3 - 2048V2 = 数据包中的C2导联值 - (II+III)/3 - 2048V3 = 数据包中的C3导联值 - (II+III)/3 - 2048V4 = 数据包中的C4导联值 - (II+III)/3 - 2048V5 = 数据包中的C5导联值 - (II+III)/3 - 2048V6 = 数据包中的C6导联值 - (II+III)/3 - 2048八、 注意事项1、 屏蔽心电图采样模块的输入阻抗很高，容易受到噪声的干扰，因此应该把输入回路尽可能屏蔽，包括模块外面裸露的小信号部分，否则噪声将窜入信号输入模块，使得波形带有较多的噪声。屏蔽层接模块提供的屏蔽驱动信号，这样可以得到最佳效果。2、 电源心电图采样模块内含精密放大器和高精度AD变换器，虽然在电路设计的时候，考虑了对电源的滤波，并且采用对电源噪声不敏感的电路结构，可对电源仍然有较高的要求，请注意以下几点：l 电源应该有足够的驱动能力，并且有尽可能小的纹波l 根据电源噪声的特点，选择适合的电源滤波器，例如使用电源的有高频器件，应该使用高频磁珠，有大电流器件时，应该使用较大的滤波电容或有源滤波电路等3、 关于除颤建议防除颤电阻置于模块附近，采用10K电阻，电阻的功率至少1W，不主张使用在导联线上集成该电阻，这时放电管放电电压取75V，并且应该有相关的安全认证。该部分也属于应该屏蔽的区域。4、 关于隔离与电网良好的隔离，不仅是安全的需要，对于噪声的抑制也很有好处，因此必须认真考虑。隔离的效果依