本设计中，脉搏波动频率测量的实现是通过脉搏传感器采集脉搏信息输出电压信号，经信号放大电路对其进行放大。然后，将放大后的脉搏信号经过整形电路将模拟信号转化成数字信号，将脉搏信号转换为同频率的脉冲。通过对单片机进行编程来实现对脉搏波动频率的测量和计算，并在显示电路中直观的显示出来。本章对各部分电路的设计进行详细论述与分析。
3.1 一级放大电路的设计
一级放大电路[20]是整个系统设计的重点,脉搏测量仪要求在脉搏信号频率范围内，不失真的放大所采集的微弱信号,这要求所用的放大器必须具有低噪声,低漂移,低失调参数,高共模抑制比,高输入阻抗,线形度小等特点。
为了达到上述要求,并联型双运放放大电路[21]能满足其要求
图3.1 并联型双运放放大电路
前两个运放为同向比例放大器,输入阻抗很高,它对共模信号有很高的抑制比。由于Rx连接于这两个放大器的求和点之间,当一个差分电压加到医用放大器的输入端时,整个输入的电压都呈现在Rx两端。由于Rx两端的电压等于V2-V1,所以流过Rx的电流等于(V2-V1)/Rx,因此输入信号将通过放大器获得增益并且得到放大。
这种电路的优点在于： a,高共模抑制比；
b,通常只需改变电阻Rx大小可改变增益。
以上电路需要三个运放，在调试的时候会比较复杂。现在的很多仪表放大器的内部电路与这个电路相同，而且仪表放大器都有成品可以买到,只需调整外界电阻就可以调整放大器的放大倍数，准确而且方便。
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以下是几种常用的集成仪表放大器[22][23],其主要参数如表3-1
表3-1 三种集成医用放大器参数
器件 AD620 INA128 OPA131 输入失调电压 50uV 125nV 1mV 输入偏置电流 1.0nA 5.0nA 50pA 输入失调电流 0.5nA 5.0nA 50pA 输入噪声 13 10 21 脉搏信号是在强噪声下的微弱信号，它对前置放大器的共模抑制比，输入阻抗，输入噪声，输入失调电压有较严格的要求，由表3-1知AD620是最为理想的。 AD620参数如表3-2所示。
表3-2 AD620参数表
项目 增益范围 电源供应范围 规格 1～1000 2.3V ~ 18V 备注 只需一个电阻 就可以设定 低耗电量 最大供应电流 =1.3mA 可用电池供电，方便 运用于便携式器材 精确度高 40ppm的最大非线性度； 最大偏置电压为 50μV ； 最大漂移电压0.6μV/℃ 低讯号 1khz时低输入噪声9nV/Hz 使用场合 ECG 量测量与用以器材、压力测量,V/I 转换 资料拾取系统等
AD620的芯片引脚如图3.2所示
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图3.2 AD620芯片引脚图
其中增益为
49.4KG? ? 1 （3-1）
Rx
由于肌电干扰可能造成前置放大器静态工作点的偏移，甚至截至饱和，所以前置放大器的增益不能太大。所以设计时考虑两级放大,第一级采用AD620,外接一个4.7K的电阻,放大倍数由公式大约放大十倍左右。
实际的一级放大电路原理图如图3.3所示。
图3.3 一级放大电路
3.2 二阶滤波器电路的设计
由于脉搏信号的频率在1.33HZ左右，正常情况下不会出现高于2HZ的信号，因此需要设计一个低通滤波器，用来滤去高频信号。在这个系统中最大的干扰就是来自市电的50HZ干扰信号，考虑到有些病人在患病时可能会出现较高的脉搏，因此在设计滤波
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器的截止频率在4HZ左右，这样不但能保证不滤去脉搏信号，而且能很好的将干扰滤去。
（1）方案选择： 方案一：无源滤波器
采用RC低通滤波器。其电路如图3.4所示，特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。其幅频特性如图3.5所示。
图3.4 一阶无源滤波
图3.5 一阶无源滤波器幅频特性
方案二：二阶低通滤波器
采用二阶有源滤波器，通带内幅频特性曲线比较平坦，而且二阶也可以达到较陡的衰减的特性。由于主要的干扰出现在50HZ左右，所以在截止频率较低时，采用二阶滤波器即可达到很好的滤波效果。二阶有源滤波器的电路图如图3.6所示。其幅频特性如图3.7所示。
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图3.6 二阶有源滤波器
图3.7 有源滤波器幅频特性
（2）参数确定
电容C的容量宜在微法数量级以下,电阻器的阻值一般应在几百千欧以内。我们现在设定C1=C2=0.33uF，R1=R2=100K。
根据
FC?
12πRC （3-2）
可以计算出，该滤波器的截止频率为4.8HZ。符合所要达到的指标。同时，为了更好的实现效果，也可以使用一些稍大的电阻，如110K等。
（3）方案确定
由于使用二阶有源滤波器能够很好的实现系统的滤波目的，所以选择使用方案二，即二阶有源滤波器。其电路原理图如图3.8所示。
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