Department of Electrical Engineering National Cheng Kung University 教育部智慧電子跨領域應用專題課程 生醫監控晶片系統 Department of Electrical Engineering National Cheng Kung University Tainan, Taiwan, R.O.C. Apr 2012 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 1
Outline □ ECG Introduction □ ECG Circuit Design □ Q&A NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 2/26
ECG Introduction SA node產生的訊號至P點心室去極化，接著訊號經由左心房傳遞到房室結（AV node）將停滯約1/10秒（如上圖黃色部份），待血液填充心房後，訊號經由神經纖維傳遞，Q點之後傳遞訊號使心房收縮（R點），在S點後等待細胞去極化（T點）準備下一個週期的運作。 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 3/26
ECG Introduction NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 4/26
ECG Introduction A typical ECG signal profile with the timing of components defined Baseline 缺血—tall or inverted T wave (infarct), ST segment may be depressed (angina) 損傷—elevated ST segment, T wave may invert 梗塞 (急性)—abnormal Q wave, ST segment may be elevated and T wave may be inverted 梗塞 (時間不知）—abnormal Q wave, ST segment and T wave returned to normal NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 5/26
測量方法 Lead I = 左手電位與右手電位之差= LA–RA Lead II = 左腳電位與右手電位之差= LL–RA Lead III= 左腳電位與左手電位之差= LL–LA 通常我們取右腳為參考接地，這是因為 右腳離心臟最遠，所以電位變化最小。 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 6/26
ECG量測 ●心電圖量測系統時的生理雜訊干擾 ●以下簡單介紹二種生理雜訊的產生與解決方法 -Offset potential -電極片與人體皮膚接觸的介面之間產生的一直流電位。 解決方法： (1)把皮膚的表皮磨去(用酒精擦拭亦可)。 (2)使用乾淨的電極片並且貼牢人體皮膚。 (3)選擇設計良好的電極片。 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 7/26
ECG Circuit Design NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 8/26
ECG Circuit Design NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 9/26
ECG Circuit Design 電源電路 濾波+放大電路 電池 儀表放大 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 10/26
電路說明-電源電路 說明：利用一顆9V電池和UA741做出正負4.5V的電壓,供應一開始訊號放大使用。 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 11/26
電路說明-儀表放大器 說明：RG=1 KΩ ， Gain=1+50=51，電極訊號經過INA128後，放大51倍。 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 11/26
電路說明-二階High-pass電路及非反相放大器電路 利用公式(a)、(b)、(c)可以計算出元件的相關尺寸、Q值及增益因子。其截止頻率約為0.5Hz，品質因子約為0.635，增益因子約為1.425。 (a) (b) (c) NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 12/26
電路說明-二階High-pass電路及非反相放大器電路 先通過一高通濾波器後再由非反相放大器放大生理訊號。非反相放大器之增益為可變增益，我們將調變增益來取得適當的生理訊號。 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 13/26
電路說明-二階Low-pass電路 利用公式(a)、(b)、(c)可以計算出元件的相關尺寸、Q值及增益因子。其截止頻率約為40Hz，品質因子約為0.635，增益因子約為1.425。 (a) (b) (c) NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 14/26
電路說明-二階Low-pass電路 藉由通過一低通濾波器來降低40Hz以上的高頻生理訊號。 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 15/26
電路說明-Notch電路 Notch電路主要用來截止市電所產生的雜訊(60Hz) 由於市電雜訊頻率約為60Hz，故設計此電路之截止頻率為60Hz。由下列公式可以得到其截止頻率約為60Hz。 公式： NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 16/26
CMRR NDT & NBMIS LAB 頻率 Ad Ac CMRR CMRR(dB) DC 40 4.74m 8440 78.5 0.05 X 0.1 50 10548 80.5 0.5 52 10970 80.8 1 54 11392 81.1 5 10 100 500 500Hz NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 17/26
實驗結果 P: 心房收縮 QRS: 心室收縮 T: 心室舒張 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 18/26 R P T S
Q&A CMRR(INA128)量測 濾波器(HPF、LPF、Notch)驗證 請說明參考接地之重要性 請說明比較60 Hz帶拒濾波器接或不接之訊號 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 19/26
-補充資料- 運算放大器特性及放大器 ‧了解運算放大器特性 ‧建立運算放大器之頻率響應曲線 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 20/26
運算放大器(OP,Operation Amplifer) 具有很大之開路增益 常用於閉迴路(負迴授)放大 一般常需雙電源 具有差動輸入端對雜訊有很好之抵抗能力 用途： 1.放大小信號 2.濾波器 3.振盪器 4.比較器 5.隔離及緩衝器 理想運算放大器 1.輸入阻抗無窮大 2.頻寬無窮大 3.輸出阻抗=0 4.放大倍率無窮大 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 21/26
規格 輸入補償電壓: ，理想上當輸入電壓為0時輸出為0，實際約小於2mv 輸入偏壓電流: 輸入補償電流:理想實際上不同 稱輸入補償電流 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 22/26
共模拒斥比(CMRR)及迴轉率(Slew Rate) 共模拒斥比(CMRR, Common-Mode Rejection Ratio):OP排除共模信號能力之衡量標準(愈大愈好)，理想為無窮大，在兩輸入端輸入相同信號時輸出為0 另一定義:開路增益與共模增益比 迴轉率(Slew Rate):將步級信號加在輸入端，此時輸出電壓之最大變化率稱為迴轉率，愈大表示頻寬愈大。 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 23/26
特性量測 共模互斥比(CMRR)量測如圖電路，其中電阻須準確 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 24/26
反相放大器及頻率響應及開迴路及閉迴路放大器頻率響應 反相放大器及頻率響應 假設條件 1.理想放大器 2.開路放大增益Ao>>1 開迴路及閉迴路放大器頻率響應 當輸出/輸入之信號比小到基準值之 0.707倍時此頻率稱為轉折頻率 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 25/26
電阻色碼表 NDT & NBMIS LAB 2019/1/3 25/26
Thank You for Your Attention! NDT & NBMIS LAB 2019/1/3