利用微功耗IC實現的低功耗心率監護儀(HRM)詳解

圖4:單電源供電的比較器
參考圖3,R1=5.1kΩ,R2=R3=2.4MΩ,Vcc=3.3V,Vol=0V,Voh=3.3V.利用圖4中的公式可得:Vtl=0.006983V,Vth=0.013966V,
遲滯=Vth–Vtl=0.006983V.
正常工作時,微功耗儀表放大器的輸出應為Vref;如果導聯脫落,比較器的輸出將是0V.當比較器的輸出上升到3.3V時,微功耗儀表放大器的輸出也是0V.根據微控制器的中斷模式,上升沿或高電平可以觸發微控制器的中斷。當導聯再次接上時,比較器的輸出將降至0V,下降沿或低電平可以觸發中斷。
微轉換器中的信號處理
圖5顯示了HRM的模擬輸出。我們可以看到從220V電力線耦合而來的50Hz噪聲。采集到的信號可以通過微轉換器中的數字陷波濾波器處理。為此,我們根據200Hz的采樣頻率,設計了一個二階FIR濾波器。陷波濾波器用于抑制50Hz干擾。所選的設計程序為零極點配置方法。
圖5:HRM的模擬輸出
我們使用Matlab的FDAtool設計陷波濾波器。圖6所示為FDAtool.在零極點圖中,將兩個零點配置在±π/2相位處。對于200Hz采樣速率,50Hz分量將被消除。
圖6:FDAtool
此外,零點配置在單位圓中,FIR的系數為整數,因此,微轉換器的計算負擔大為減輕。下面是傳遞函數:
可以將該傳遞函數轉換為可編程遞歸算法:
該方程式中,n表示當前值,n-1表示前一時刻的值,依此類推。
根據系數,C代碼如圖7所示。
圖7:陷波濾波器的C代碼。圖8是數字陷波濾波器之后的ECG波形。50Hz噪聲已被消除。

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