【经验】SGM8622轨到轨输入/输出CMOS运算放大器用于电子血压计压力的信号处理
现代社会，随着生活水平的不断提高，人们对健康越来越重视，电子血压计不再是只有医院才有，已逐渐进入寻常百姓家。
下面简单介绍下电子血压计的工作原理，介绍原理之前，我们应先明白两个名词，收缩压是指血压的最大值，舒张压是指血压的最小值。
本文以示波法测量原理为例，气囊袖带套在手臂上，对袖带气囊加压充气，到一定压力（一般为180~230mmHg，此时手臂受到外部压力的压迫，导致血管暂时阻塞），然后开始缓慢放气，当气压下降到一定程度，血流就能逐渐通过血管，并产生一定的振荡波，振荡波通过导气管传导至压力传感器，压力传感器实时监测袖带内的压力及波动，变化过程如图1所示，至直至袖带内压力降到最低。采集完成整个放气流程后，我们对数据进行分析，选择测量过程中脉博波形波动最大的时刻为参考点，此点所测得的压力即为平均压，沿此点向前寻找“最大波动值x45%”的波动值，此点对应的袖带压力值即为收缩压；沿参考点向后寻找“最大波动值x75%”的波动值，此点对应的袖带压力值即为舒张压。45%与75%为经验值，实际计算过程中需要对血压计进行校准并对该值进行修正。
图 1 示波法测量血压原理（示意图，非实际波形）
下图是测量过程中压力传感器所采集到实际波形。
图 2 压力传感器采集到的压力波形
所以我们需要利用信号调理电路从传感器原始压力信号中分离出袖带压力信号及脉博波信号。
图 3 信号处理框图
具体电路如下，我们采用的是SGMICRO公司的SGM8622运放，该运放为轨到轨输入/输出CMOS运算放大器，相比普通运放在较低的工作电压下也可正常工作，输入输出范围可达到电源电压。输入偏置电流仅为1pA。而且具有很好的共模抑制比，可以很好的改善信号质量。
图 4 信号处理电路
压力传感器U2采集到压力信号经前端运放（U1：INA333）放大后，经U3B射随电路后，分成两路，一路经U3A低通滤波后输出袖带压力信号；另一路经C7与U4B高通滤波处理后，再经U4A低通滤除高频干扰后输出脉博信号。
由于在放气过程中，袖带压力是缓慢变化的，因此，袖带压力信号是一种低频信号。本设计中采用二阶压控电压源低通滤波器来获取袖带压力信号，电路性能稳定。由于该电路运放采用单电源供电，所以去除基线后的脉搏信号无法工作在0V附近，所以通过R10与R17将工作点调节至1.65V。
袖带压力信号与脉搏信号经ADC采集并通过软件算法得出血压（计算原理见文首）。
图 5 PCB图
设计要点：如需提高测量精度，可在此基础上选用高精度电压基准源来为压力传感器提供激励源，并为MCU提供基准参考，从而提高采集精度。
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SGMICRO放大器选型表
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产品型号
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品类
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CH
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SHDN
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Vᴄᴄ(Min)(V)
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Vᴄᴄ (Max)(V)
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Vᴏs(mV)
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Iq/CH(μA、nA、mA)
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Iʙ(pA)
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GBP(MHz、kHz)
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SR(V/ms、V/μs)
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Eɴᴏɪsᴇ(nV/√Hz、μVᴘᴘ)
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Package
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SGM8545
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低功耗运算放大器
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1
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N
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2.1
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5.5
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3.5
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48μA
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0.5
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1.1MHz
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520V/ms
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27nV/√Hz
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SOT-23-5
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选型表 - SGMICRO 立即选型
ZJA3202精密5 MHz CMOS轨到轨输入/输出运算放大器数据手册
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