挑战4：ESD、环境和除颤器保护

设计工程师必须防止ECG前端受损。ECG系统需要内置保护电路来应对静电放电、除颤器放电或其它过压过流事件。人手模型模拟人手触摸设备的静电放电效应，它使用一个1500 Ω电阻和一个100 pF串联电容来限制人手放电的电流。充电电压决定可以施加的瞬时电压量以及如何限流。电压可以超过18 kV。某些标准将该电压设定为较低的值8 kV。

针对除颤器脉冲和ESD，多数ECG系统都有以人手模型为基础的输入保护。除颤器保护电路具有多项要求：保持前置放大器在工作频率下的CMR;从除颤电极/垫板分流5%以下的除颤器输送能量;以及充分保护前置放大器电路，使得ECG在除颤器脉冲之后能够快速地通过显示器或纸带记录图显示。在急救室(ER)，1秒(或更短)的延迟是理想的响应时间。

除颤器保护电路有两种形式。在第一种形式中，ECG电缆是心脏监视除颤器的一部分，通常利用一系列电阻(额定功率高压电阻)来限制流入ECG前端的电流。另外，在某些保护电路中，保护电阻的ECG端具有氩灯或氙灯，用以将前置放大器端电压限制在100 V以下。此外还有限压和限流器件来确保ECG系统不会受损。设计师应当咨询能够看到此高电压和电流的特殊仪表放大器(INA)或有源/无源电路的制造商。硅控整流器(SCR)可提供一定程度的过压保护。额定功率串联电阻可提供电流保护。还可以考虑限流器。

如果没有某种形式的保护，多数有源器件将无法耐受ESD测试相关的电压。为了确定所需的保护程度和建议的应对措施，必须咨询有源器件的制造商。建议设计师了解FDA除颤器保护用额定功率电阻的相关指南。某些设备正是因为这些电阻的测量结果和额定值不当而被召回(由于设备故障报告众多，FDA最近宣布其正在评估关于AED的管理规定)。

为了帮助设计师设计分立式除颤器保护电路，ADI公司器件已经过测试，能够耐受高水平的ESD和输入电流电压。ADAS1000 ECG AFE的封装引脚具有大ESD保护结构，已经过评估，能够耐受最大的源/吸电流。

挑战5：电噪声

ECG信号可能会遭到多种干扰源破坏，包括电力线干扰、电极与皮肤之间的接触噪声、运动伪像、肌肉收缩、来自其它电子设备的电磁干扰等。任何数量的干扰源都可能引起ECG基线偏移，或者显示出电噪声。对于临床医生，最重要的是ECG信号清晰可读，所有电噪声的总和尽可能小，不致影响ECG诊断。对于诊断性ECG应用，噪底应满足10 μV峰峰值要求。

ECG设计师必须采取措施滤除或消除所有这些噪声源。对等效输入噪底的要求随应用而异。对于监视级系统，如心率监护仪(HRM)等，规定0.5 Hz至40 Hz带宽内大约25 μV峰峰值的等效噪声值一般就足够了。在某些情况下，为了极大地降低系统功耗，可以允许较高的噪底。即便在监视级应用中，噪底也要求低于25 μV峰峰值，因此必须全面了解临床环境和算法要求。

设计一个完全诊断性12引脚ECG系统(10个电极)时，带宽可能低至0.05 Hz到150 Hz，或者宽至0.05 Hz到2000 Hz。起搏信号检测要求将带宽进一步提高到至少100 kHz。

例如，在动态监护仪中，对ECG波形ST段的评估用于确定STEMI(ST段抬高心肌梗死);可以选择0.05 Hz至40 Hz的带宽来帮助降低整体噪底，即使要付出评估40 Hz以外较高频成分的代价。在其他监护仪中，带宽可以是0.05 Hz至150 Hz，甚至250 Hz，具体取决于病人和评估意图。

其它噪声考虑包括电缆移动，它可能产生低频噪声(除非构建得当)，以及突发噪声，也称为散粒噪声或电报噪声。此类噪声会妨碍医生看到心脏周期不同部分的重要信息，包括ST段。

为了处理噪声问题，ADI公司使用多种电路技术来消除典型输入放大器的1/f噪声，同时仍然保持较低的高斯噪声和出色的线性度。ADI公司CMOS工艺将电报噪声降低到非常低的水平。