便携式心电Holter的设计

目录
第1章绪论 (1)
研究背景 (1)
设计任务 (1)
论文内容安排 (2)
本章小结 (2)
第2章ECG Holter的原理 (3)
ECG的介绍 (3)
2.1.1 ECG的产生机理及意义 (3)
2.1.2 ECG信号的特点 (3)
导联系统 (4)
2.2.1 导联的定义 (4)
2.2.2 十二导联系统的推导方法 (4)
ECG Holter系统的构造 (5)
本章小结 (7)
第3章系统的总体设计 (9)
系统结构总揽 (9)
模块功能简述 (9)
本章小结 (10)
第4章模拟电路的设计 (11)
模拟电路框图 (11)
放大器的选取 (11)
电路分析与计算机仿真 (16)
4.3.1 高频滤波网络 (16)
4.3.2 前置放大电路 (17)
4.3.3 右腿驱动电路 (18)
4.3.4 高通滤波电路 (19)
4.3.5 低通滤波电路 (21)
4.3.6 陷波电路 (22)
4.3.7 主放大器 (25)
4.3.8 滤波放大电路的总体仿真 (25)
4.3.9 QRS检测电路 (28)
实物电路调试 (30)
本章小结 (33)
第5章数字电路的设计 (34)
数字电路框图 (34)
器件的介绍及应用 (34)
5.2.1 CY7C68013A (34)
5.2.2 SD卡 (35)
5.2.3 LCD模块 (37)
5.2.4 E2PROM (37)
5.2.5 实时时钟 (38)
5.2.6 A/D转换器 (38)
5.2.7 按钮模块 (39)
5.2.8 数字系统原理图 (39)
本章小结 (40)
第6章电源管理电路的设计 (41)
电源管理芯片的介绍及应用 (41)
电源芯片的测试 (41)
系统功耗的计算 (42)
本章小结 (42)
第7章系统软件的设计 (43)
软件流程图的简介 (43)
本章小结 (44)
第8章结论 (45)
系统性能评价 (45)
工作展望 (45)
本章小结 (46)
致谢 (47)
参考文献 (48)
（美）Charles Kitchin, Lew Counts著，冯新强等译. 仪表放大器应用工程师指南（第二版）[M]. Analog Devices ,Inc. 2005，Technical Reference Manual Version , 2005, Devices产品数据手册，产品数据手册，Semiconductor产品数据手册，产品数据手册，产品数据手册，附录一模拟电路原理图 (48)
附录二数字电路原理图 (49)
摘要
要在不影响病人日常活动的情况下，检测心律失常病人偶发性的病变ECG波形，必须依靠能储存大容量数据的便携式动态心电监护仪（ECG Holter）。

本文介绍了一种基于SD卡储存和USB数据传输的便携式低功耗ECG Holter的系统设计。

该系统利用模拟电路对心电信号进行滤波和放大处理，通过USB 专用微控制器CY7C68013A把模数转换后的数据存储在SD卡中。

仪器能进行长时间的数据记录。

用户通过液晶显示屏和按钮进行人机交互。

储存在SD卡中的心电数据最终通过USB传输到个人电脑进行后期处理。

本文给出了详细的电路分析和实物调试数据，并简述了系统的软件流程。

关键词：ECG；Holter；USB；心电图；滤波；低功耗
Abstract
In order to detect the occasional arrhythmia ECG waveform of the patients while not influencing their daily work, a portable ECG Holter capable of mass data storage is required. We present a design of a portable, low-power ECG Holter system based on SD card storage and USB data transmission. The ECG signals are filtered and amplified by the analog circuit. With the control by the microcontroller CY7C68013A, the ECG signals are converted into digital data, and stored in a SD card, which permits a long-term recording. Users interact with the system through LCD and keyboard. Finally, the data stored in the SD card are transmitted to a PC via the USB for further analysis.. We provide the circuit analysis and the data during system tests in detail, as well as the brief flow chart of the system software.
Key words：ECG; Holter; USB; Filter; Low-power
第1章绪论
研究背景
心血管疾病是威胁人类生命的主要疾病之一，一些异常的心电信号只有在某些特殊的情况下才出现，因此有必要对ECG（Electrocardiograph，心电图）信号进行长时间记录与分析[1]，传统的心电图机只能进行短时间的心电信号采集和显示，不能满足此要求。

1961年，N. J. Holter设计出第一款动态ECG记录仪，记录仪利用磁带来储存信号，令长时间记录ECG信号成为可能。

随着电子技术和信号处理技术的进步，现代ECG Holter已向微型化、便携化和数字化发展，性能不断提高。

在医疗家庭化意识逐渐增强的趋势下，有着广阔的市场前景。

在Holter的技术发展方面，发达国家主要重视于基于DSP的Holter的开发。

从上世纪90年代以来，各种基于DSP的Holter随DSP的升级而更新换代。

他们更注重实时的心电监护，而不是芯片的成本问题，如文献[2]中的基于数模混合处理和蓝牙传输技术的Holter设计，虽然其处理速度快，采用蓝牙无线传输，把数据传送到用户的掌上电脑中，再通过GPRS （General Packet Radio Service，通用分组无线业务）把数据传送到医生的分析系统中，但这种系统的费用对我国一般民众来说实在太高了。

文献[3]中的设计采用了低成本器件设计出一个便携式ECG Holter系统，储存设备采用SmartMedia卡，并用专门的软驱读卡器读取心电数据，这种设计从记忆卡容量和数据传输速度来说，已经赶不上现在的需求了。

目前国内便携式数码产品的特点是拥有海量储存空间，集成USB（Universal Serial Bus，通用串行总线），以及功能多元化，ECG Holter也不例外。

文献[错误!未定义书签。

]、[4]和[5]中的设计均是基于TI公司的DSP，采用USB与计算机通信，并采用大容量固态存储设备作为储存媒介，处理功能强大，然而由于DSP芯片价格较高，所以这些产品成本较高。

设计任务
基于上述情况，我们设计出一款基于USB 传输协议的便携式低功耗ECG Holter，它通过模拟电路先将从电极感应到的微弱ECG信号进行放大和滤波处理，通过A/D转换把模拟心电信号转化为数字信号，并利用现在数字产品上使用最广泛的SD（Secure Digital）记忆卡作为大容量储存设备，按照MIT-BIH心率失常数据库文件格式[6]，根据FAT（File Allocation Table）文件系统管理规范，把心电数据以*.dat文件格式存储在SD卡中。

事后，Holter通过USB与计算机连接，把SD卡中的数据文件传送到PC中，进行进一步分析以及处理。

本文的任务是对ECG Holter系统进行整体的设计，主要着重在器件的选取、电路的设计以及模拟电路的调试。

设计方法主要是使用EDA软件Protel 2004 SP2进行原理电路的构建与计算机仿
真，然后制作出PCB进行实物调试。

论文内容安排
本文共分八章，第1章即绪论，介绍本设计的背景、任务以及文章的内容安排；第2章介绍ECG Holter的原理；第3章为我们的ECG Holter系统的总体设计构想，并对系统的模块进行初步的介绍；第4章详细分析了模拟电路的原理图，利用计算机仿真验证其可行性，然后对实物电路进行测试；第5章以不同的芯片为功能单位，具体说明了数字系统的应用电路；第6章介绍了电源管理模块的设计方案，对系统的功耗进行计算；第7章简述了系统软件流程图；第8章为结论，总结我们所取得的成果，提出不足之处，展望今后要努力的方向。

本章小结
本章介绍了ECG Holter的应用前景和国内外研究状况，指出了参考文献中设计的不足，提出了我们的解决方案和任务，最后介绍了本文的内容安排。

第2章ECG Holter的原理
ECG的介绍
2.1.1 ECG的产生机理及意义
心肌是由无数的心肌细胞组成，由窦房结发出的电兴奋，按照一定途径和时程，依次向心房和心室扩布，引起整个心脏的循序兴奋。

心脏各部分兴奋过程中出现的电位变化方向、途径、次序和时间等有一定规律。

由于人体为一个容积导体，这种变化也必然扩布到身体表面。

鉴于心脏在同一时间内产生大量电信号，因此，可以通过安放在体表的电极或四肢电极，将心脏产生的电位变化以时间函数记录下来，这种记录曲线成为心电图，即ECG。

ECG波形是由不同的英文字母统一命名的。

正常心电图由一个P波、一个QRS波群和一个T波等组成，图2-1给出一个典型ECG的图形。

P波起因于心房收缩前的心房除极时的电位变化；QRS波群起因于心室收缩之前的心室除极时的电位变化；T波为心室复极时的电位变化。

因此，ECG 是反映心脏活动的重要信号，是用于诊断心脏病的重要依据之一，心电图仪通过测量心电在体表的电位来推测心脏的缺陷。

2.1.2 ECG信号的特点
人体心电图信号有如下几个特点：
1. 基波频率低，正常人的心率约为75次/分钟；
2. 谐波丰富，QRS波群虽然频率主要集中在17Hz附近，但波形上升非常陡峭；
3. 心电信号极其微弱，电压峰值大约在1～2mV之间，最小电压可在20uV左右；
4. 夹杂众多噪声，如空间电磁场干扰，以及人体内部其它生理信号的干扰。

图2-1 典型ECG 波形
导联系统
2.2.1 导联的定义
心脏电兴奋传导系统所产生的电压是幅值以及空间方向随时间变化的向量，放在体表电极所测出的ECG 信号将随着不同的位置而异。

为了完整描述心脏的活动状况，常用在水平和垂直方向的十二种不同导联作记录，以看清各重要细节。

心电信号通过导线和电极加到心电图仪放大器的输入端，一般总把导线和电极合在一起称为导联。

已知在临床心电图中，必须有更多的导联才能完整描述心脏的电兴奋活动，所以就需要选择两个电极或者一个电极与互接电极组接到放大器的输入端。

这种特殊电极连接方法也可以看成导联，但这样就会使命名产生混乱。

为了避免这个问题，把特殊电极组和其连接到放大器的方法称为导联；而把单电极导线称为电极。

2.2.2 十二导联系统的推导方法
心电图仪中常用的十二导联可分为三类，分别为：
（1）肢体导联：导联I ，导联II ，导联III
我们定义右手的电位为VR ，左手电位为VL ，左腿电位为VF ，则肢体导联的定义为：
VR VL I -= （2-1）
VR VF II -= （2-2） VL VF III -= （2-3）
（2）加压导联：aVR ，aVL ，aVF
我们定义一个中心电压：
3/)(VF VL VR Vwt ++=
（2-4） 再定义：
Vwt VR R V -= （2-5）
Vwt VL L V -= （2-6） Vwt VF F V -=
（2-7） 那么有： R V aVR 2
3= （2-8） L V aVL 2
3= （2-9） F V aVF 23= （2-10）
（3）胸部导联：V1，V2，V3，V4，V5，V6
我们在胸部预先制定六个位置，并测量每个位置的电位：
V1：右面胸骨边缘第四肋间空间
V2：左面胸骨边缘第四肋间空间
V3：V2和V4中间
V4：锁骨中线第五肋间空间
V5：腋下线前与V4同一高度
V6：腋下线上与V4同一高度
那么有：
V（2-11）
1
V-
=1
Vwt
2
V（2-12）
=2
V-
Vwt
3
=3
V（2-13）
V-
Vwt
4
=4
V（2-14）
V-
Vwt
5
V（2-15）
=5
V-
Vwt
V（2-16）
6
Vwt
=6
V-
对于便携式Holter，由于其作用主要用于长时间户外监护，并且从用户行动的方便角度考虑，一般采用1至2个导联。

ECG Holter系统的构造
无论是心电图机还是ECG Holter，它们都可以归类为生理信号采集系统，因此在系统结构上十分相似，只是在局部特殊功能上有所区别，对于ECG Holter，它更强调具备大容量的数据储存空间，令仪器能长时间进行心电图监护以及数据储存。

图2-2是现代数字化便携式ECG Holter的典型结构框图：
图2-2 现代便携ECG Holter的结构框图
（1）导联电极
金属电极已经成了现代主要的体表电连接器。

一个由盐溶液和凝胶组成的电极层成为金属电极与皮肤的电接触面。

身体内部的电流是由离子运动产生的，而导线中的电流是由电子的运动产生的，导联电极可完成离子电流到电子电流的转换，目前最常用的电极是Ag-AgCl 电极，因为这种电极漂移电位非常小。

市场上供应的心电电极种类繁多，电极数从两个到十多个不等，以适应不同导联数检测的要求，而Holter用的电极普遍为钮扣式监护电极，主要由电极头、导线和接口端子组成，要组成完整的导联电极系统，一般还需要配上一次性电极贴片，用于固定在人体体表，贴片上的导电凝胶把人体皮肤和电极头导通起来。

图2-3为一个三电极钮扣式Holter电极以及一次性电极芯片。

图2-3 导联电极（左）以及一次性电极贴片（右）
（2）导联选择
对于多导联记录的ECG Holter，需要配备一个导联选择网络，通过控制系统的控制，把不同通道的ECG信号传输到模拟电路的输入端。

（3）模拟电路
在前面我们介绍了ECG信号的特点，可以浓缩为：微弱，低频，噪声大。

因此，在使用ADC把信号数字化之前，必须对信号进行滤波处理，抑制信号中的噪声。

在应用中，一般有四种心电图带宽，用于记录标准临床12导联的ECG带宽为～100Hz；用于监护的，例如用于重症病人或急诊病人时，其带宽限制在～50Hz内，在这种情况下，对于心率失常的波形，只要求大致地了解，而不需要了解波形的细节。

用于测试心率的带宽为14～20Hz，在这个通带里面QRS复波的信噪比最大，这样的通带能让QRS复波通过而压抑P、T波的噪声，但会使ECG失真；最后一种通带高达500Hz，可用于测量晚电位，这是ECG中接在QRS复波之后的一些小的高频波。

另一方面，要使用放大器把毫伏级的ECG信号放大为伏特级，使波形易于观察，并达到ADC的转换电压范围，若ECG信号的峰值为1mV，要把它放大到1V的水平，系统放大倍数必须达到1000倍。

（4）控制系统
控制系统是ECG Holter的核心，它主要由微处理器以及它的外围设备组成，主要功能是
负责系统工作方式的控制，数据处理和传输。

在现代数字化系统中，主要采用三种控制器，一种是经典的51系列以及具有其兼容内核的单片机，如Intel的MCS51系列，它们使用简单，功能实用，可以满足一般控制要求，缺点是处理速度相对较慢；另一种是DSP，以TI（Texas Instrument）公司的TMS320C54X系列最有代表性，它的特点是信号处理能力非常强大，速度惊人。

以往一些信号处理，如高阶滤波，因为十分耗费运算量而不能实现实时处理，所以改用模拟电路实现，而DSP的出现使大运算量的数字信号实时处理成为可能，因而大大简化了硬件电路规模，不过DSP的芯片价格相对51单片机来说要高许多，而且控制能力弱，通常需要配合一个51系列单片机执行控制工作，DSP本身执行高级的数据运算处理，因此主要面向高端产品。

还有一种是近年新兴的控制器，如Atmel公司的8位RISC （Reduced Instruction Set Computing，精简指令运算集）A VR，和ARM公司的ARM（Advanced RISC Machine）等，它们的速度和功能介于前面两者之间，操作灵活，价格适中，因此越来越受到嵌入式系统开发人员的青睐。

（5）存储设备
在现代移动设备的数据存储应用中，以Flash Memory（闪存）的使用最为广泛。

闪存也称快擦型存储器，在断电情况下仍能保持所存储的数据信息，但是数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位。

Flash这个词最初由东芝公司因为该芯片的瞬间清除能力而提出，它具有非易失性、可重复擦写、低功耗、容量大、价格低廉等优点，主要以闪存芯片和闪存记忆卡等形式应用，如文献[错误!未定义书签。

]和[7]中的Holter设计使用了三星公司的K9系列Flash芯片，文献[错误!未定义书签。

] 、[错误!未定义书签。

]和[错误!未定义书签。

]中的Holter则分别使用了MMC（MultiMediaCard）卡、SD卡和SmartMedia卡作为存储设备。

对于现代的便携式数码产品，特别是需要进行海量数据存储的产品，如数码摄像机，智能电话等，可以随时进行插拔更换的闪存记忆卡比需要固定在电路上的闪存芯片具有无可比拟的灵活性，因此作为对数据长时间记录的ECG Holter来说，采用闪存卡作为存储设备是首选。

（6）控制界面
设计一款人性化的仪器，进行人机交互控制是必要的，因此需要有一个简洁的控制界面。

我们最常用的操作界面就是显示屏和按钮键盘。

控制系统把系统当前状态以简明扼要的形式显示在显示屏上，用户通过按钮操作，命令控制系统改变工作方式、进行参数更改以及显示新信息等。

便携数码产品中使用最多的显示屏是LCD，它具有价格便宜，功耗低等特点。

本章小结
本章中介绍了ECG产生的机理和信号特点，检测方法，导联系统的定义，以及ECG Holter
的系统构造，这些知识为接下来进行自己的Holter系统的设计打下了基础。

第3章系统的总体设计
系统结构总揽
图3-1 系统原理框图
图3-1是我们设计的ECG Holter的原理框图，它包含5大模块：模拟电路、单片机系统、显示模块、储存模块和电源管理模块。

模块功能简述
（1）模拟电路模块
该模块负责对ECG信号进行预处理，采用三电极单导联系统，其中两个电极为差分信号输入，第三个电极为中性电极，负责把模拟电路的右腿驱动电路输出与人体的参考点相连。

导联电极把感应到的体表差分信号输入仪表放大器进行前置放大，抑制共模电压。

通过一系列滤波电路，去除信号中的高频噪声、基线漂移以及50Hz工频干扰，提高信噪比。

滤波后的电路再经过主放大器进行二级放大，达到A/D转换的电压范围。

经过预处理后的ECG信号，一方面送入单片机系统的ADC进行数字化，一方面输入QRS检测电路，检测到QRS波时以方波脉冲形式作为微控制器的外部中断信号，调用系统的中断服务子程序，对心率进行计数。

（2）单片机系统
以USB 协议专用芯片CY7C68013A为微控制器的单片机系统，在数据采集模式下，它负责接收来自ADC的ECG数据，把它储存到SD卡里面，并计算出ECG的主要参数，通过LCD显示模块把参数显示出来，在数据上传模式下，单片机则起到USB协议引擎的作用，把数据传送到PC的Windows系统中，供心电分析软件进行后期处理，用户可通过系统里面的按钮进行人机交互控制。

（3）显示模块
由一个LCM（LCD Module，液晶模块）组成，由单片机控制其显示内容。

（4）储存模块
我们选用SD卡作为系统的储存设备，ECG数据按照美国麻省理工大学MIT-BIH心率失常数据库文件格式标准储存为*.dat文件，并以FAT规范进行文件管理，ECG Holter以USB 上传数据时，计算机把Holter识别为一个大容量存储设备，Windows 2000®或以上版本的系统能够直接对*.dat文件进行读取、删除等访问操作，而不必安装专用的驱动程序或数据读取文件。

（5）电源管理模块
一个低功耗系统需要有一个高效率的电源管理模块，把未经过稳压的电源，如电池电源，稳定在系统工作的电压范围内，电源可以选择电池电压和USB总线供电，采用直流升压电源芯片把外来电源进行直流转换，输出整流电压，为系统其它四个模块提供稳定的电源。

本章小结
本章从总体的角度介绍了我们设计的ECG Holter的原理框图，并简述了每一个模块的主要功能，我们将在下面的几个章节中详细分析各模块的原理和应用电路，根据信号的特点，我们把单片机系统、显示模块和储存模块合并为数字电路。

第4章模拟电路的设计
模拟电路框图
在节中已经介绍过，模拟电路的主要功能是对ECG信号进行预处理，图4-1是模拟电路的结构框图。

图4-1 模拟电路的结构框图
放大器的选取
导联电极已经在前面介绍过，在这里不再重复。

其它功能模块的电路，除了高频滤波电路为无源网络外，其余各模块的核心元件均为放大器，前置放大电路中使用的是高精度仪表放大器，其它放大器为运算放大器，因此，放大器的选取对模拟电路的性能有着十分重要的影响，在分析电路之前，我们必须对放大器的性能参数进行了解。

在理想情况下，运算放大器可以看作一个输入阻抗无穷大，输出阻抗为零，开环放大倍数无穷大的有源元件，而仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端的单端输出的闭环增益单元，一般来说仪表放大器比运算放大器具有更高的精度。

在实际应用中，不同型号的放大器有着不同的技术指标，主要参数及其定义如下：
A．供电范围（Supply V oltage）：这是我们选用器件是首要考虑的参数，对于低功耗系统的设计，电源供电电压不会很高，一般在3～5V左右，因此，选取运放时其供电范围必须覆盖设计系统所提供的电压，例如Analog Devices公司（简称AD公司）生产的一种运算放大器AD797，它的供电电压范围为±5V～±18V（双电源）或+10V～+36V（单电源），这对于我们的系统显然就不适用了。

另外，还要考虑到放大器的供电模式，一般分为单电源供电和双电源供电，单电源供电是指该放大器只需要在VCC端接正电源，VEE端接地即可工作；双电源供电，除了VCC接正电源外，VEE还必须和一个小于模拟地的电源电压连接，例如仪表放大器AD620，它只支持±～±18V的电源供电，所以在设计时，必须增加一个小于的负电源，或者用一个大于的电源进行分压，用VCC/2作为模拟地，VCC为正电压，系统地为VEE。

一些放大器，例如前面提及的AD797，则支持单、双电源供电，令设计相对灵活。

B ．静态电源电流（Quiescent Current ）：指放大器在规定的工作电压范围内消耗的静态的或无信号的电源电流。

随着电池供电应用数量的增长，器件功耗问题成为一项关键的设计因素。

如AD 公司的仪表放大器AD627，静态电源电流消耗仅60μA ，在5 V 电源时，仅需功耗。

我们将这种功耗水平与双电源供电的同类老产品，例如AD526相比，AD526的静态电流为14 mA ，电源电压为±15 V （总电压为30 V ）功耗高达420mW ，是AD627功耗的1,400倍，这表示电池的寿命会锐减。

C ．输入和输出电压摆幅（Input and Output Swing ）：单电源放大器需要能够处理非常接近电源电压和地电位的输入电压。

在一个典型的双电源仪表放大器中，输入和输出电压范围是从低于电源电压2 V 到高于地电位2 V 的范围内，当器件使用5 V 电源供电时，还保留1 V 的余量。

当使用新的＋ V 标准电源供电时，余量实际上就不够了。

Rail-to-Rail （轨对轨）技术解决了这个问题，如AD627，其输入电压在高于地电位100 mV 和低于电源1 V 的范围内摆动90于电源电压或高于地电位100 mV 范围内摆动，使信号有足够的输出摆幅，满足信号放大要求，一些运算放大器，如A
D 公司的OPX91，MAXIM 公司的MAX416X ，以及TI 公司的OPAX379等，更具备了输入输出满摆幅的性能。

D ．失调电压（Offset V oltage ）：失调电压特性通常被看作放大器的品质因数。

虽然通过使用硬件或软件的方法可以将任何初始失调电压调整到零，但是由于温度的变化引起的失调电压的漂移却很难修正，因此，拥有越低的失调电压，放大器的性能越好。

E ．输入偏置电流和失调电流：输入偏置电流（IB ，Input Bias Current ）是流入或流出放大器输入端的电流。

输入偏置电流被认为是失调电压的误差源（即流过源阻抗的输入电流产生失调电压）。

偏置电流的任何变化值通常比偏置电流本身的数值更加重要。

输入失调电流（Input Offset Current ）是两个输入偏置电流之差。

当两个输入端的源阻抗不相等时，它导致放大器的失调误差。

F ．共模抑制（Common Mode Rejection ）：是指当两个输入施加相等的电压时，对输出电压变化的一种度量。

CMR 通常用来规定输入特性。

共模抑制比（CMRR ，Common Mode Rejection Ratio ）是一个比率表达式，而 CMR 是这个比率的对数形式。

这两项技术指标通常 都折合到输出端，在一些资料中，也把CMRR 用比例对数形式来表示，它们的计算方法见公式（4-1）和（4-2）。

输入电压
共模电压变化输出电压变化
-=
CMRR
（4-1）
）（CMRR g CMR l 20=
（4-2）
G ．建立时间（Slew Time ）：建立时间定义为输出电压达到并保持在其终值某一允许误差范围内所需时间。

通常在一个快速满度输入阶跃条件下来规定建立时间，包括输出转换时间。

由于有几个因素都对整个建立时间起作用，所以达到%的建立时间并不意味着与达到%建立时间成比例。

此外，建立时间并非是增益的函数，对建立时间起作用的因素包括转换速率的限制、欠阻尼（振荡）和温度梯度（长尾）。

H．增益（Gain）：对于仪表放大器来说，它的增益是可调节的，但它并不像闭环运算放大电路那样，利用其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定电路增益。

以AD公司的仪表放大器AD620为例，它依靠连接在1和8引脚之间的一个外部电阻R G来控制增益，其计算公式为：/RG)
+
=,又如AD626，它通过把7号引脚悬空或接地，实现10倍
G Ω
K
(49.4
1
或100倍的增益选择。

I．带宽（Bandwidth）：放大器的工作带宽必须覆盖要采集信号的频率范围，对于ECG 信号，它属于低频生理信号，因此大部分放大器的带宽都满足ECG信号的带宽要求。

J．输入阻抗（Input Impedance）：理想放大器的输入阻抗为无穷大，但在现实中是不可能的，放大器输入阻抗越高，信号源的带载能力越好，仪表放大器输入阻抗的典型值为109Ω至1012Ω，运算放大器的输入阻抗相差较大，有些型号的运放在说明书中没有表明阻抗值，例如部分AD公司的运算放大器的说明书。

经过对放大器性能参数的学习，我们在选择器件型号时有了对比参照，表4-1是我在设计过程中把几大半导体器件公司生产的放大器进行了参数比较，以确定自己系统要选用的芯片型号。

从表中可以看出，仪表放大器中AD627的性能较优，INA331其次，但在某些参数上，如CMRR，失调电压，转换时间上比AD627好。

价格上，AD627最高，INA331最低，可以说，从性价比来看，选用INA331是首选，从性能来看，选用AD627较佳。

运算放大器的各型号的功能千差万别，没有哪个占绝对优势，不过，MAX416X，OPAX336，OPA2379, LMC6464，以及OPX81和OPX91的性能更适合我们Holter系统的应用。

当然，器件型号的最后选取，还受到国内货源供应、价格，样片申请情况和实验条件等因素决定，但器件的选取并不对电路板的制作有很大的影响，因为这些运放的同级产品，例如均是在一个IC（Integrated Circuit，集成电路）中集成四个运放的型号，它们的封装引脚功能都是可以兼容的，图4-2中给出的是OP491和LMC6464的SOIC-14封装管脚分布图。

因此可以在同一个PCB板焊盘上应用不同类型，相同封装的运放，这增强了我们设计时的灵活性。

LMC6464
图4-2 相同封装的OP491和LMC6464的管脚功能图。