基于ARM9处理器的家用远程医疗监护终端结构功能及应用

　　信号放大电路

　　信号放大电路采用两级放大，如图4，差动放大U805为前置级，同相放大U809构成第二级。根据心电信号检测的特点，通常要求放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、非线性度小、合适的频带和动态范围的性能。前置放大器的输入电阻一般要求＞2兆欧，输入电阻越大，因电极接触电阻不同而引起的波形失真越小，共模抑制比就越高。由于极化电压的存在, 为防止前置放大器工作于饱和或截止区，前置级的增益不能太高,实验表明放大10倍左右效果较好。因此选用仪表放大器MAX4196，该芯片可采用单电源供电，其功耗最低达到8mA，共模抑制比为115dB，输入偏移电压为50mV，-3dB带宽可达250kHz，输入阻抗为1000MW，增益固定为10(V/V)。

图4 两极放大和滤波电路

　　前置放大器部分总的共模抑制比为：

　　其中：放大器闭环差模增益，Ac：共模增益，CMRRD：运放本身的值；CMRRR：外电路电阻匹配精度限定的CMRR，d：电阻精度。因此在电路中，要精确匹配外电路电阻R812=R813，以使共模输出变得更小。

　　主放大器采用MAX4197(特性与MAX4196一样)，其增益固定为100(V/V)。信号调理电路的总放大倍数为1000倍。在图4中，电容C805具有去除极化电压功能，并与电阻R820构成高通滤波电路，用于抑制直流漂移和放大器通带外的低频噪声。

　　陷波电路

　　工频干扰是心电信号的主要干扰，虽然前端电路和前置放大器已对共模干扰具有较强的抑制作用，但有部分工频于扰是以差模信号进入电路的，且频率处于心电信号频带之内，加上电极和输入回路不稳定等因数，前级电路输出的心电信号仍然存在较强的工频干扰，因此必须将其滤除。本设计采用的是无限增益多路反馈型二阶陷波器，电路如图5。

图5 陷波电路

　　嵌入式Web服务器模块

　　考虑本系统定位于家庭使用，且系统需要连续长时间工作，又由于系统需要良好的人机交互环境、存储大量数据以及支持网络通信，所以要求处理器具有功耗低、成本低、丰富的接口和支持操作系统。本设计选用ARM9处理器S3C2410A，S3C2410A主要面向手持设备以及高性价比、低功耗的应用上。其CPU内核采用的是ARM公司的16/32位ARM920T RISC处理器。ARM920T实现了MMU、AMBA总线和Harvard高速缓存体系结构，该结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache。S3C2410A集成的片上功能主要包括：1.8V/2.0V内核供电，3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电；外部存储器控制器；LCD控制器提供1通道LCD专用DMA； 8通道10位ADC接口，转换速率最大为500KSPS(Kilo Sample Per Second，千采样点每秒)；117位通用I/O口和24通道外部中断源；电源控制模式包括正常、慢速、空闲和掉电4种模式；支持NAND Flash的启动装载。

　　对心电信号采样精度的考虑主要出于对ST段异常分析处理的要求，ST段电平变化约为0.05mV，因此采样精度至少为0.025mV。当采用10位A/D转换器工作在正极性、满刻度电压为2.5V时，可分辨的最小输入电压为2.5mV，而信号调理电路放大倍数为1000倍，则输入端的最小分辨率约为0.0025mV，故S3C2410A具有的10位A/D的精度完全满足系统需求。

　　为了使用户能够直观的观察心电和便于控制设备，设计采用东华公司的TFT彩屏YL-LCD35套件用于人机交互界面。为满足移植操作系统以及存储心电信号、网页等数据的要求，系统外扩了64M的NAND Flash(使用一片K9F1208UOB)和64M的SDRAM(使用两片HY57V561620)。为满足终端联网的需求，选用CS8900A用于设计网络适配器，CS8900A是一个真正的单芯片、全双工的以太网解决方案产品，更方便的是在Linux内核中提供有CS8900A适配器的驱动程序。

　　电源部分

　　为增加安全性、降低功耗、节省成本，设计采用9V碱性电池供电，通过电源转换芯片AS1117-3.3将9V转换为3.3V可供给放大器芯片和S3C2410使用。