脉搏信号调理电路设计

    是人体的重要生理参数之一，它携带了丰富的生理和病理信息，具有重要的生理参考和诊断参考价值[1-2]。但脉搏信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，具有随机性强、频率低的特点，极易受到检测系统内部噪声和外界（环境、温度）的干扰，必须对检测到的脉搏信号做一系列的处理（滤除噪声和干扰），才可获得高保真的脉搏信息，为进一步从医学角度分析研究脉搏信息提供准确、有效的数据源[3-4]。因此，研究脉搏电路对整个脉搏信号检测系统具有十分重要的意义。

1 调理电路总体设计
1.1 调理要求
    脉搏信号取自人体浅表动脉，信号源阻抗较大，且幅度小、频率低，极易被噪声湮没。因此，对脉搏信号调理电路提出如下要求：（1）高输入阻抗：由于信号源阻抗较高，脉搏信号很微弱，若输入阻抗不高，经分压后信号会更小，会使脉搏信号有严重损失甚至畸变；（2）高增益：只有较高的放大倍数才能提高脉搏信号采集的精度；（3）高共模抑制比：主要是消除市电50 Hz的工频干扰；（4）低噪声：使之不湮没信号微弱且信噪比低的脉搏信号；（5）低漂移：防止高放大倍数的放大电路出现饱和现象；（6）合适的带宽：以有效地抑制噪声，防止采样混叠；（7）高安全性：确保人体的绝对安全，主要对电气特性的要求[5]。
1.2 调理电路设计方案
    基于脉搏信号的上述特征，本文设计的高性能脉搏信号调理电路由一级放大电路、调零电路、工频限波电路、带通滤波电路和二级放大电路组成，其原理框图如图1所示[6]。

2 硬件电路设计
2.1 一级放大电路设计[7-8]
    一级放大电路实现对检测到的脉搏信号进行线性放大和抑制干扰信号的功能，其性能的优劣直接决定了后续系统对数据分析处理的真实性。针对脉搏信号的特点，应当采用适当增益、低功耗、低噪声、高输入阻抗、高共模抑制比、线性工作范围宽和低零点漂移的并联差动三运放仪表放大器。目前比较常见的用于脉搏信号检测的仪表放大器有INA111、INA118、INA128、AD8553和AD620。其主要特性比较如表1所示。