利用微功耗IC實現(xiàn)的低功耗心率監(jiān)護(hù)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(yīng)為Vref;如果導(dǎo)聯(lián)脫落，比較器的輸出將是0V.當(dāng)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(jù)微控制器的中斷模式，上升沿或高電平可以觸發(fā)微控制器的中斷。當(dāng)導(dǎo)聯(lián)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(fā)中斷。

微轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器中的數(shù)字陷波濾波器處理。為此，我們根據(jù)200Hz的采樣頻率，設(shè)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(shè)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(shè)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，F(xiàn)IR的系數(shù)為整數(shù)，因此，微轉(zhuǎn)換器的計算負(fù)擔(dān)大為減輕。下面是傳遞函數(shù)：

可以將該傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為可編程遞歸算法：

該方程式中，n表示當(dāng)前值，n-1表示前一時刻的值，依此類推。

根據(jù)系數(shù)，C代碼如圖7所示。

圖7:陷波濾波器的C代碼。圖8是數(shù)字陷波濾波器之后的ECG波形。50Hz噪聲已被消除。