系统设计要求

根据生物电信号的特征，为了实现精确、实时的采集，该系统应满足以下要求[6][7]：

系统要求数据能够实时传输，以实现实时通信，达到实时监护的目的；

该系统为低速数据采集系统，仅要求能实现的最高采样频率范围为100KHz；

针对生物电的低频微弱信号（毫伏级）的特征，要求数据采集模块的放大倍数达到500~1000倍；

待测生理信号处于强噪声背景下，所以要求整个系统将低频噪声、热噪声和工频干扰降到最低；

为了降低数字信号和模拟信号间的相互干扰，提高系统安全性，系统硬件需要分割为数字电路和模拟电路，电路模块之间由光电隔离电路实现数据通信。

AD转换电路

本系统采用了Microchip公司生产的4通道12位的逐次逼近串行A/D转换器MCP3204。这种多路模拟开关与A/D转换合二为一的器件比通常的分立器件在抗干扰方面的性能更佳。特别是通道转换动作引入的尖峰噪声几乎为零。其100KHz的转换速度完全可以达到本系统对生物信号采集的要求，而且工耗很低，工作电流400μA，静态电流500nA，完全适用于便携式设备开发。在本系统中，信号采集的放大电路已具备了较高的共模抑制比，所以将A/D设置为单端工作方式，这样可以并行接入最多4个通道的信号，具体电路如图4-11。

A/D转换电路

本系统采用Microchip公司生产的4通道12位的逐次逼近串行A/D转换器MCP3204。这种多路选择开关与A/D转换合二为一的器件比通常的分立器件在抗干扰方面的性能更佳。特别是通道转换动作引入的尖峰噪声几乎为零。其100KHz的转换速度完全可以达到本系统对生物信号采集的要求，而且工耗很低，工作电流400μA，静态电流500nA，完全适用于便携式设备开发。在本系统中，信号采集的放大电路已具备了较高的共模抑制比，所以我们将A/D设置为单端工作方式，这样可以并行接入最多4个通道的信号。

之所以选择MCP3204，除了它具备以上优点外，还因为它采用SPI接口总线通讯，使得只需少量的光电耦合器就可以完成隔离电路，也使数据采集更加方便；并且它几乎无外围器件，便可以工作，从而减少了由外围器件引入的干扰和误差。

本文研究了基于USB2.0接口心电数据采集系统设计，介绍了USB2.0接口在数据传输方面的很多优势。本文主要完成了USB2.0接口的硬件设计和数据采集终端的硬件设计，并调试通过，能够正确地完成数据的采集与传输。

通过对USB2.0协议和CY7C68013芯片的认真学习理解，使得整个设计过程变得相对容易。在研究了CY7C68013芯片的具体原理后，基于数据传输的快捷、稳定，数据处理的方便，得到了设计的思路，并通过实际调试，证明了思路的正确。

基于USB2.0接口心电数据采集系统主要具有以下特点：

对于信号采集电路，本系统具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声和低漂移的特性。根据生物电信号的特点，我们选用高性能的放大器芯片构成放大和滤波电路，设计并实现了针对微弱阻抗信号和心电信号的高性能数据采集模块，该模块具有超过10MΩ 的输入阻抗，整个放大电路的放大倍数达到了800倍，同时其共模抑制比(CMRR)值也高于80dB，而且噪声和温漂都很小。

选取应用广泛的USB2.0 接口作为本系统的通信接口。可通过USB 接口将整个采集系统轻松地连接到任何一台PC 上，随时随地与专业监护/诊断软件配合，构成完整的动态胸阻抗血流图检测系统。

本系统在提高采集性能的同时，不但降低设备功耗，而且还在设备的小型化等方面都有所突破，大大提高了设备的适应性，整个采集系统的外观尺寸比较小，基本达到了便携式设备的要求。