前言
输入阻抗是影响心电图机精准度的重要规格，也因此每台心电图机都必须测试输入阻抗。本篇会介绍输入阻抗的原理，并以实例算出心电图机输入阻抗的数值；此外，输入阻抗与 CMRR 也有关联，在此也会加以说明。
输入阻抗测试原理
从电路学的角度来看人体组成，可将人体模拟成等效的电阻、电容电路；而输入阻抗的测试目的，便是当心电图机透过电极接触到人体时，可以将最大的电压耦合心电图机，进而确保心电图机的测量精准度。
输入阻抗测试的原理是将信号源信号直接输出到心电图机，然后测量心电图机上对应导程波形的电压 V，接下来在信号源和心电图机间经过一组并联线路（620KΩ 并联 47nF），再测量心电图机上对应导程波形的电压 Vi。在 IEC60601-2-25 / 27（YY 0782 / 1079 / 1139）中，输入阻抗的要求为至少 2.5MΩ。Vi 和 V 的电压差异要在 20% 以内；而 IEC60601-2-47（YY 0885）中则要求，输入阻抗至少要 10MΩ，因此要求 Vi 和 V 的电压差异要在 6% 以内。
图1、测试线路示意图（未加并联线路），V 是心电图机上对应导程波形的电压
图1 为未加测试输入阻抗并联线路的示意图；图中左侧有一测试信号源，其电压大小为 V，在不加并联线路时，假设心电图机上对应导程波形的电压测量值也是 V。
下图为加入并联线路示意图。其在中间加了 620KΩ 电阻并联 4.7nF 电容的并联线路，在加入并联线路后，假设心电图机上对应导程波形的电压测量值变为 Vi。
图2、测试线路示意图（加入并联线路），Vi 是心电图机上对应导程波形的电压
依据分压原理：Vi=Zi/( Z+Zi )*V → Vi*(Z+Zi)=Zi*V → Vi*Z=Zi*(V-Vi)
故可得 Zi 与 Z 的关系式：Zi = Vi/( V-Vi )*Z ------------- (1)
接下来将说明如何从 (1) 式推得标准要求的 2.5MΩ 跟 10MΩ。在 IEC60601-2-25 / 27（YY 0782 / 1079 / 1139）中，Vi 和 V 的电压差要在 20% 以内，也就是 ，将代入 (1) 式中得 ，Z 为 620KΩ 电阻并联 4.7nF 电容。
在实际状况中，Z 含有 4.7nF 电容，Zi 含有电极线的电容，两者的容抗皆会随着频率而变化，也因此标准要求测试 0.67Hz 及 40Hz 两个频率；若是以纯阻抗来表示输入阻抗，因此忽略 Z 与 Zi 的容抗，则输入阻抗 ；此结果与 IEC60601-2-25 / 27（YY 0782 / 1079 / 1139）要求相符。
IEC60601-2-47（YY 0885）则要求 Vi 和 V 的电压差异要在 6% 以内，也就是，将代入 (1) 式中得，此结果与 IEC60601-2-47（YY 0885）要求的相符。
输入阻抗测试方法
1. 测试环境设置
开始测试前，需先将测试环境架设好；由于环境中的市电频率（50 / 60Hz）噪声会透过辐射或大地的回路来干扰测试，因此如何避免这些噪声影响测试结果，是测试前重要的准备工作。图3 是使用鲸扬科技的单道测试仪「SECG 4.0」来测试一台 12 导心电图机的测试系统图。
图3、测试系统图
测试时，首先需注意 SECG 4.0 及待测设备是否共地。建议做法便是将整个测试系统（包含 SECG4.0 及待测设备）共地到一片独立（不可接其他系统的地或大地）的金属板上，此金属板建议大小为 60 公分 x 100 公分（或更大）；此做法有以下三个优点：(1) 整个测试系统共地 (2) 测试系统与其他系统地噪声隔离 (3) 金属板会吸收测试系统噪声的能量。若待测设备没有可接出的地线，这时待测设备输入端为浮接（floating）的状态；此时可以让 SECG 4.0 地线单独接至金属板上。
图中的测试计算机经过变压器连接至插座上，此时若将计算机直接放置至金属板上，市电噪声便会进入测试系统，也因此测试计算机需放置至金属板外，仅以 USB 连接至 SECG 4.0（或待测设备）上，以免影响测试结果。
2. 输入阻抗测试实例
以下为 IEC60601-2-25（YY 0782）的测试实例及其步骤：
(1) 架设好测试环境后，开启 SECG 4.0 测试软件
(2) 选择正弦波（3mV，0.67Hz）
(3) 输出信号至 RA 上，测量导程 II 输出电压为 Vref = 2.5mV，如图4
图4、导程 II 波形（未加 620kΩ / 4.7nF）
(4) 加入并联电路 620KΩ / 4.7nF
(5) 设定直流偏压为 300mV，然后测量导程 II 输出电压 Vpp = 2.4mV（下段详细说明），如图5
图5、导程 II 波形（加 620kΩ / 4.7nF 及 300mV 直流偏压）
(6) 设定直流偏压为 -300mV，然后测量导程 II 输出电压 Vpp = 2.4mV，如图6
图6、导程 II 波形（加 620kΩ / 4.7nF 及 -300mV 直流偏压）
(7) 调整输出频率为 40Hz（正弦波，3mV，40Hz）
(8) 测量导程 II 输出电压为 Vref = 2.8mV，如图7
图7、导程 II 波形（40Hz，未加 620kΩ / 4.7nF）
(9) 加入并联电路 620KΩ / 4.7nF
(10) 设定直流偏压为 300mV，然后测量导程 II 输出电压 Vpp =2.5mV，如图8
图8、导程 II 波形（40Hz，加 620kΩ / 4.7nF 及 300mV 直流偏压）
(11) 设定直流偏压为 -300mV，然后测量导程 II 输出电压 Vpp = 2.5mV
图9、导程 II 波形（40Hz，加 620kΩ / 4.7nF 及 -300mV 直流偏压）
(12) 重复步骤 3 至步骤 11，但依次调整输出电极为 LA / LL / V1 ~ V6，对应的测量导程为导程 I / III / V1 ~ V6
3. 计算心电图机的输入阻抗
由图4 到图9，可以算出不同频率时心电图机输入阻抗的估计值。
(1) 在 67Hz 时：
图4 为待测心电图机在 3mV, 0.67Hz 正弦波的测试结果，取其导程 II 为 Vref=2.5mV。图5、图6 分别为加入并联电路及 +300mV、-300mV 的测试结果，导程 II 为 Vpp=2.4mV。
若仔细观测图5 的波形，可以看到 0.67Hz 正弦波上有一个 60Hz 的干扰噪声，这是由于加入 620KΩ / 4.7nF 并联电路后造成心电图机不平衡的输入，因而环境的 60Hz 噪声被心电图机引入，放大显示出来，要减小外界环境的 60Hz 干扰噪声必须确实接上金属片，或增加心电图机的 CMRR 值，这点会在后面再详细讨论。
若是噪声无法完全消除，Vpp 值的计算就必须避开噪声的影响，图10 中需要取上下噪声的平均值后再计算 Vpp 值，因此 Vpp = 2.4mV，而不是 2.55mV。相同的方法用在图8 的 40Hz 信号上。
图10、加并联电路产生的 60Hz 干扰噪声，需要取上下噪声的平均值后再计算 Vpp 值
由 (1) 式 Zi=Vi/( V-Vi )*Z=2.4/(2.5-2.4)*620kΩ=14880kΩ=14.88MΩ
输入阻抗约为 14.88MΩ
(2) 在 40Hz 时：
图7 为待测心电图机在 3mV, 40Hz 正弦波的测试结果，取其导程 II 电压为 Vref=2.8mV。图8、图9 分别为加入并联电路及 +300mV、-300mV 的测试结果，其导程 II 为 Vpp=2.5mV。
由 (1) 式 Zi=Vi/( V-Vi )*Z=2.5/(2.8-2.5)*620kΩ=5166kΩ=5.16MΩ
输入阻抗约为 5.16MΩ
输入阻抗与 CMRR 的关联
CMRR（共模抑制比，Common Mode Rejection Ratio）为抑制 50 / 60Hz 环境噪声的能力。在 CMRR 不平衡测试中，会加入 51KΩ 并联 47nF 来模拟电极皮肤阻抗线路，且在加入此并联电路后 CMRR 测试结果仍需符合标准要求；620KΩ / 4.7nF 并联电路的加入会和 CMRR 不平衡测试结果相似，因此心电图机的 CMRR 值越优，加入 620KΩ / 4.7nF 并联电路测试输入阻抗时 50 / 60Hz 噪声的干扰越小。
在 CMRR 不平衡测试中，加入并联阻抗后差异越小，代表心电图机抑制 50 / 60Hz 环境噪声越好；在输入阻抗测试中，加入并联阻抗后差异越小代表心电图机输入阻抗越大，越能完整地将测试信号耦合输入心电图机。因此，CMRR 不平衡测试时值越优，测试输入阻抗时受到的干扰越小。
结语
心电图设备中输入阻抗的规格，影响到实际测试人体时的电压精准度，心电图机的输入阻抗越高测试时所受的人体影响越小；此外，相同心电设备在不同频率其输入阻抗会不同，因此标准会在不同频率下测试输入阻抗。另外，CMRR 与输入阻抗的相关联，也造成输入阻抗较好，CMRR 通常也较好。
SECG 4.0 是一台可以完全符合各类心电标准要求的性能测试仪器（CMRR 和系统噪声除外），除了标准信号源外还包含了 620KΩ / 4.7nF 并联电路和 ± 300mV 直流电压的叠加线路，使得输入阻抗的测试更方便和准确。
参考数据
1. IEC 心电标准 IEC60601-2-25:2011、IEC60601-2-27:2011、IEC60601-2-47:2012。
2. 中国心电标准 YY0782-2010、YY1079-2008、YY0885-2013、YY1139-2013。
3. 鲸扬科技 Application Note「CMRR 测试原理和方法」。
