脉搏与心电信号采集监测系统Multisim电路设计仿真

脉搏与心电信号采集与监测系统设计

1. 设计脉搏或心电信号放大器

•增益：60dB ～70dB ～80dB 三档可调

•带宽：0.01HZ ～200HZ ，可插入50HZ 陷波器

2. 设计测量和显示心率的数字电路（用七段数码管）

3. 设计心率越限报警电话（报警范围为分次分次/150f /40f 00>---<），报警方式，喇叭或蜂鸣器鸣叫，屏幕显示。

4. 完成模拟电路和数字电路的仿真和虚拟实验。

5. 完成印刷板设计。

6. 基本框图

脉搏与心电信号采集与监测系统

一、 心电信号采集电路（模拟电路部分）

1 、查阅资料可知人体心电信号有如下的特点

(1)信号具有近场检测的特点，离开人体表微小的距离，就基本上检测不到信号；

(2)心电信号通常比较微弱，至多为mV 量级；

(3)属低频信号，且能量主要在几百赫兹以下；

(4)干扰特别强。干扰既来自生物体内，如肌电干扰、呼吸干扰等；也来自生物体外，如工频干扰、信号拾取时因不良接地等引入的其他外来串扰等；

(5)干扰信号与心电信号本身频带重叠(如工频干扰等)。

2 心电信号采集放大器电路设计

要求 •增益：60dB ～70dB ～80dB 三档可调（即放大倍数为1000~3160~10000） •带宽：0.01HZ ～200HZ ，可插入50HZ 陷波器

分析：根据要求，放大倍数为1000~3160~10000，故采用二级放大。其中前级放大增益三档可调，分别为10、31、100倍。后级放大器为100倍。

2-1、前级放大器设计

a 、放大器AD620构成的电路

由于人体心电信号的特点，加上背景噪声较强，采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大，这就对前级(第一级)放大电路提出了较高的要求，即要求前级放大电路应满足以下要求：

高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移、非线性度小；合适的频带和动态范围。

为此，选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放)。AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)，其内部结构如图1所示。

该放大器有较高的共模抑制比(CMRR)，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小且具有调节方便的特点，是生物医学信号放大的理想选择。根据小信号放大器的设计原则，前级的增益不能设置太高，因为前级增益过高将不利于后续电路对噪声的处理。

b 补偿电路(抵消人体信号源中的各种噪声)

引入补偿电路，是为了抵消人体信号源中的干扰(包括工频干扰)。

在前级放大电路的反馈端与信号源地端建立共模负反馈，为提高电路的反馈深度，将反馈信号放大后(采用OP07)接人信号源参考端，这样可以最大限度地抵消工频干扰。

根据上面的分析，前级放大电路设计，如下，并先运用Multisim 仿真。

根据AD620AN的放大倍数计算公式

得三个控制开关，开关1、开关2、开关3所控制的放大倍数分别为：10/31/100倍。

2-2后级放大器设计

采用OP07AH放大器

放大倍数：A2=1+R6/R5=101倍

2-3高通滤波器：在电路部分加上高通滤波环节，隔断直流通路和消除基线漂移，本部分电路置于预放大与信号放大电路之间。

放大器设计总图如下所示，

开关1打开，即放大1000倍时波形图即幅度数据：

开关2打开，即放大3000倍，仿真如下：

开关3打开，即放大10000倍时，仿真如下：

3、50HZ陷波器设计电路图

Multisin仿真电路，调解滑动变阻器R18和R9使陷波器对50hz抑制的最好，

4心电信号采集放大调理器总电路图

Multisin仿真波形如下（开关3打开，10000倍时波形）