【摘要】本文首先給出了一種基于AD620芯片心跳速率檢測的方案，介紹了組成系統(tǒng)的傳感頭、信號提取、濾波放大及微處理器等各個部分的電路設計。其次，根據(jù)該方案設計的心跳速率檢測系統(tǒng)獲得了良好的實驗結果，表現(xiàn)出低成本、高性能的特性。最后，文章討論了提高濾波放大及去除噪聲的相關技術。

　　1.前言

　　心跳速率是反映人體健康狀況的重要指標，所謂心跳速率通常是指一分鐘內(nèi)心臟搏動的次數(shù)。心跳速率的檢測可以為臨床診斷、病人的護理、運動員訓練等工作提供科學依據(jù)。近年來，國內(nèi)外研制生產(chǎn)的許多醫(yī)療設備及健身器材都用到心跳速率檢測電路，研發(fā)低成本、高性能的心跳速率檢測電路具有重要的應用價值。

　　本文報道了一種基于AD620芯片的心跳速率檢測系統(tǒng)。利用AD620芯片良好的低噪聲特性，加上合理的濾波及放大電路，結合微處理器處理，我們得到一個高精度的心跳速率檢測系統(tǒng)。

　　2.電路設計

　　2.1原理框圖

　　人體皮膚表面含有人的心電信號、肌電以及工頻信號等，一般情況下包含心跳速率信息的心電信號要遠小于工頻信號等噪聲。為了提取微弱的心電信號，必須采用低噪聲的運放并設計合理的濾波放大電路。

　　圖1是心跳速率檢測系統(tǒng)的原理框圖。整個心跳速率檢測系統(tǒng)包括四個部分：與人體皮膚表面接觸的傳感頭，信號提取電路，濾波放大電路及微處理器電路。傳感頭一般為容易導電的金屬，與人體皮膚表面接觸后具有人的心電信號、肌電信號以及工頻信號等復雜的電信號。我們采用低噪聲的AD620運放作為心跳速率提取電路的核心芯片。在濾波放大電路部分，采用了簡單的低通濾波電路，實驗結果表明這種濾波電路足夠提取心跳速率信號。濾波放大后的信號，用可調(diào)的比較器結合三極管電路整形成5伏特的TTL電平信號，最后接到微處理器上，由微機處理心跳信號，計算出心跳速率并顯示出來。

　　圖1心跳速率檢測原理框圖

　　2.2基于AD620的信號提取電路

　　AD620運放，通常用于高精度的測試儀器中，40ppm的最大非線性誤差，最大50uV電壓偏移，最大溫漂0.6uV/℃，因其低噪聲、低偏流、低功耗的特性在心電圖（ECG）、血壓監(jiān)視等醫(yī)學領域得到廣泛應用。

　　圖2是基于AD620的信號提取電路，其中LEFT_ARM、RIGHT_ARM、LEG三引線接鋁片（即傳感頭）分別接到人體的左右手和右腳，我們的實驗研究結果表明，LEFT_ARM、的增益，在我們的實驗中R4為1K，相應的AD620運放增益為50。增益太大會削弱最后的信噪比，在實驗中要合理的設置R4阻值。LEFT_ARM、RIGHT_ARM引線間接0.1uF的電容是為有效的削弱工頻噪聲。LEG引線通過TL082A接到AD620，是為LEFT_ARM、RIGHT_ARM的差動信號提供人體的參考電位。

　　圖2基于AD620的信號提取電路

　　2.3濾波放大電路

　　圖3是濾波放大電路。三個運放構成三級放大，各放大100倍，由于電路損耗特別是隔離電容的損耗，實際信號放大倍數(shù)小于100萬倍。電路中的R6及R5、R9及R8、R11及R10的阻值之比決定放大倍數(shù)，在實際應用中要合理的調(diào)節(jié)這些阻值。在放大信號的同時要采用低通濾波電路，達到濾除工頻噪聲的效果。由于工頻噪聲的頻率為50Hz，設計的濾波電路的通頻帶寬要小于50Hz，即其中電容電阻的RC時間常數(shù)要和工頻信號周期同一量級，電路中R7、C10組成低通濾波。在各級放大間我們采用1uF的電容隔離，這些電容同時會衰減信號，而三個運放是選擇信號放大，因此信噪比得到提高。需要指出的是，隔離電容太大的話，容易引起輸出電信號漂移。

　　
圖 3 濾波放大電路