●微弱信号を増幅する際のくふう
　心電アンプ部は、
　　・人体に測定電流が流れることを防止するためのＡＣ結合入力をもった増幅率21倍の計装用アンプ
　　・基線動揺と呼ばれる生体電位特有のノイズを除去するための時定数1秒の積分器
　　・増幅率51倍の非反転増幅器
　　・ロー・パス・フィルタ
　　・人体電位の変動範囲がPICマイコンのA-Dコンバータの入力範囲(0〜5V)内に入るように2.5Vを基準とする信号に変換するためのアクティブ・グラウンド回路
で構成されています。
　心電図の周波数帯域はＤＣ〜100Ｈz、電圧は1.5mＶPP程度、周期は0.8s間隔程度の微弱な電気信号です。1000倍に増幅すれば1.5ＶPP程度になります。ところが、ＡＣ結合部に使う金属皮膜抵抗の精度は1％なので、50mＶ程度の入力オフセット電圧があります。さらにＯＰアンプにも出力電圧オフセットがあるため、この成分が10mＶ程度だとしても、1000倍すると数10Ｖにもなってしまい、測定に支障が出てしまいます。また、呼吸をしたり、腕や胸の筋肉を動かしたりすると心電図には基線動揺と呼ばれるノイズが重畳します。このため、心電アンプではＤＣ成分と基線動揺の除去を行う必要から2段階で増幅を行います。
　計装用アンプの初段増幅率は10倍から30倍程度が好ましいと考えられ、本心電計では増幅率を21倍としました.次段の積分器は、計装用アンプ出力を積分してリファレンスにネガティブ・フィードバックをかけています。これによって、時定数と比べて長い時間の累積電圧が、常にゼロ(2.5Ｖ)となるようにコントロールされ、ＤＣ成分と基線動揺の除去を行います。その後、非反転増幅器で51倍に増幅し、入力電位差をトータルで1000倍に増幅することで、心電図を1.5ＶPP程度にし, ＰＩＣマイコン内蔵A-Dの入力レンジからはみ出ないように工夫しています。
　ロー・パス・フィルタの周波数特性を図9に示します。ＰＩＣマイコンのアンチエイリアスが目的なので、カットオフはもう少し低い(150Ｈzから250Ｈz程度)ほうが良いでしょう。
　アクティブ・グラウンド回路は、ＰＩＣマイコンに内蔵のA-Dコンバータの入力レンジが0〜5Ｖなので、グラウンド・レベルを2.5Ｖにもち上げるための役割も兼ねています。2.5Ｖは抵抗分圧で作っています。抵抗分圧回路のダイオードは、電源ＯＦＦ時にコンデンサの電荷を放電するためのものです。
　図10に本心電計により測定した心電図を示します。

【図９】 ローパスフィルタの周波数特性

　

【図10】 測定波形の例
a) 電極と人体の接触状態がよく、筋肉に力が入らずリラックスした状態の場合には比較的良好な心電図を計測することができます。

b) 電極と人体の接触状態が悪い場合や、各部の筋肉に力が入っている状態では混入ノイズが多く、きれいな心電図を得ることができません。