一种基于运放的电子听诊放大滤波电路的制作方法

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于运放的电子听诊放大滤波电路。

背景技术：

尽管新的、高端的医疗器械不断涌现，听诊器依旧是必不可少的基本诊断用具。随着互联网+医疗的发展以及分级诊疗体系建设的推进，电子听诊器将逐渐走入家庭和社区医院，在远程医疗中更好地发挥其简单、实用、可靠的优势。

常见的电子听诊传感器类型主要有加速度型、接触传导型以及驻极体话筒型等，而不管采用哪种传感器，其放大电路和滤波电路(后文简称放大滤波电路)均为电子听诊器的关键组成部分，其在很大程度上决定了电子听诊器的音质。

听诊器膜片的标准尺寸以及听诊操作的自身特点决定了电子听诊器的外形必须小巧，而其面向社区医院和家庭的定位又极大地限制了其生产成本。在小体积和低成本的限制下，如何尽可能不失真地放大体音信号是电子听诊器放大滤波电路需要解决的关键问题之一。

目前常见的设计方案为以软件实现的数字滤波器实现体音信号的滤波，而仅在采集放大电路采用低阶带通滤波防止混叠。但这样的放大滤波方案不一定适用于体音信号的采集。体音信号具有其特殊之处，以心音为例，通常第一、第二心音所包含的20Hz以下低频分量幅度很大，而心脏杂音等关键病变成分则频段较高且幅值很低；为保证听诊效果，放大滤波电路需大幅放大微弱的杂音信号，但很容易导致第一、第二心音峰值附近电压出现饱和，同时也放大了 2000Hz以上的高频噪声。这种信号饱和出现在数字滤波之前，因此无法通过数字滤波方式解决。提高放大电路的供电电压可防止饱和，但往往需要增加升压电路而导致听诊器体积增大。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种基于运放的电子听诊放大滤波电路，针对体音信号特点，本实用新型放大滤波电路的幅频特性在体音信号有效频段内曲线平直，而在体音信号有效频段外曲线具高滚降，从而达到了“在有效地放大病变杂音的同时，防止输出电压出现饱和，并抑制高频噪声”的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种基于运放的电子听诊放大滤波电路，包括第一一阶高通滤波电路、第一一阶低通滤波电路、第一二阶带通滤波器、第二二阶带通滤波器、第三二阶带通滤波器、第四二阶带通滤波器、第五二阶带通滤波器以及第六二阶带通滤波器，所述第一一阶高通滤波电路、第三二阶带通滤波器、第一二阶带通滤波器、第四二阶带通滤波器、第二二阶带通滤波器、第五二阶带通滤波器、第一一阶低通滤波器以及第六二阶带通滤波器依次串联，所述第一一阶高通滤波电路连接输入信号Ui，所述第六二阶带通滤波器连接输出信号Uo。

进一步地，所述第一一阶高通滤波电路包括电容C1、电阻R1和电阻R2，所述第三二阶带通滤波器包括运放U1A；其中，电容C1一端连接输入信号Ui、另一端连接运放U1A的正极输入脚，电阻R1一端连接输入正电源VCC、另一端连接运放U1A的正极输入脚，电阻R2一端连接运放U1A的正极输入脚、另一端连接电源地GND，运放U1A的2个电源脚分别连接输入正电源VCC和电源地GND。

进一步地，所述电容C1为耦合电容。

进一步地，所述第一二阶带通滤波器包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容 C4与电容C5，所述第三二阶带通滤波器包括运放U1A，所述第四二阶带通滤波器包括运放U1B；其中，电阻R5一端连接运放U1A的输出脚、另一端连接电容 C5，电容C5连接运放U1B的正极输入脚，电容C4一端连接电源地GND、另一端连接电容C5，电阻R6一端连接输入正电源VCC、另一端连接运放U1B的正极输入脚，电阻R7一端连接电源地GND、另一端连接运放U1B的正极输入脚。

进一步地，所述第二二阶带通滤波器包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C8与电容C9，所述第四二阶带通滤波器包括运放U1B，所述第五二阶带通滤波器包括运放U2A；其中，电阻R10一端连接运放U1B的输出脚、另一端连接电容C9，电容C9连接运放U2A的正极输入脚，电容C8一端连接电源地GND、另一端连接电容C9，电阻R11一端连接输入正电源VCC、另一端连接运放U2A的正极输入脚，电阻R12一端连接电源地GND、另一端连接运放U2A的正极输入脚，运放U2A的2个电源脚分别连接输入正电源VCC和电源地GND。

进一步地，所述第一一阶低通滤波电路包括电阻R15与电容C12，所述第五二阶带通滤波器包括运放U2A，所述第六二阶带通滤波器包括运放U2B；其中，电阻R15一端连接运放U2A的输出脚、另一端连接运放U2B的正极输入脚，电容C12一端连接电源地GND、另一端连接运放U2B的正极输入脚。

进一步地，所述第三二阶带通滤波器包括电阻R3、电阻R4、电容C2、电容C3与运放U1A，其中，电容C2一端连接电源地GND、另一端连接电阻R3，电阻R3连接运放U1A的负极输入脚，电容C3一端连接运放U1A的负极输入脚、另一端连接运放U1A的输出脚，电阻R4与电容C3并联。

进一步地，所述第四二阶带通滤波器包括电阻R8、电阻R9、电容C6、电容C7与运放U1B，其中，电容C6一端连接电源地GND、另一端连接电阻R8，电阻R8连接运放U1B的负极输入脚，电容C7一端连接运放U1B的负极输入脚、另一端连接运放U1B的输出脚，电阻R9与电容C7并联。

进一步地，所述第五二阶带通滤波器包括电阻R13、电阻R14、电容C10、电容C11与运放U2A，其中，电容C10一端连接电源地GND、另一端连接电阻 R13，电阻R13连接运放U2A的负极输入脚，电容C11一端连接运放U2A的负极输入脚、另一端连接运放U2A的输出脚，电阻R14与电容C11并联。

进一步地，所述第六二阶带通滤波器包括电阻R16，电阻R17、电容C13、电容C14与运放U2B，其中，电容C13一端连接电源地GND、另一端连接电阻R16，电阻R16连接运放U2B的负极输入脚，电容C14一端连接运放U2B的负极输入脚、另一端连接运放U2B的输出脚，电阻R17与电容C14并联。

采用上述技术方案后，本实用新型至少具有如下有益效果：本实用新型根据体音信号有效频段来选择电路参数，则可保证在体音信号有效频段内电路的幅频特性平直，以及无失真放大体音信号；而低于体音信号可闻频段处电路幅频特性具有近-60dB/dec的滚降，可有效抑制膜片大幅振动引起的非可闻分量，防止放大滤波电路输出饱和；同时，在高于体音信号有效频段处的电路幅频特性亦具有近-60dB/dec的滚降，可抑制高频噪声。

附图说明

图1为本实用新型一种基于运放的电子听诊放大滤波电路的原理图；

图2为本实用新型一种基于运放的电子听诊放大滤波电路的幅频特性图；

图3为本实用新型实施例一中采用一设定数值的电子听诊放大滤波电路的原理图；

图4为本实用新型实施例一中电子听诊放大滤波电路的幅频特性图；

图5为本实用新型实施例二中采用另一设定数值的电子听诊放大滤波电路的原理图；

图6为本实用新型实施例二中电子听诊放大滤波电路的幅频特性图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

本实用新型提供了一种基于运放的电子听诊放大滤波电路，其输入端与体音传感器的信号输出端连接，其为由运放U1A、U1B、U2A和U2B及电阻R1～ R17、电容C1～C14构成的14阶带通滤波电路，其中，电容C1兼起隔直耦合作用。

如图1所示，本实用新型的电子听诊放大滤波电路，包括第一一阶高通滤波电路、第一一阶低通滤波电路、第一二阶带通滤波器、第二二阶带通滤波器、第三二阶带通滤波器、第四二阶带通滤波器、第五二阶带通滤波器以及第六二阶带通滤波器，所述第一一阶高通滤波电路、第三二阶带通滤波器、第一二阶带通滤波器、第四二阶带通滤波器、第二二阶带通滤波器、第五二阶带通滤波器、第一一阶低通滤波器、第六二阶带通滤波器依次串联，所述第一一阶高通滤波电路连接输入信号Ui，所述第六二阶带通滤波器连接输出信号Uo。其中，运放U1A设置在所述第三二阶带通滤波器，运放U1B设置在所述第四二阶带通滤波器，运放U2A设置在所述第五二阶带通滤波器，运放U2B设置在所述第六二阶带通滤波器。

所述第一一阶高通滤波电路包括电容C1、电阻R1和电阻R2，其中，电容C1 一端连接输入信号Ui、另一端连接运放U1A的正极输入脚，电阻R1一端连接输入正电源VCC、另一端连接运放U1A的正极输入脚，电阻R2一端连接运放U1A 的正极输入脚、另一端连接电源地GND，运放U1A的2个电源脚分别连接输入正电源VCC和电源地GND；优选地电容C1为耦合电容。工作时，电路的输入信号 Ui通过耦合电容C1进入该电路，并经过电容C1和电阻R1和R2构成的一阶高通滤波处理后接到运放U1A正输入端。该一阶高通滤波的截止频率决定于R1、R2与 C1的取值。

所述第一二阶带通滤波器包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4与电容C5，其中，电阻R5一端连接运放U1A的输出脚、另一端连接电容C5，电容C5连接运放U1B的正极输入脚，电容C4一端连接电源地GND、另一端连接电容C5，电阻 R6一端连接输入正电源VCC、另一端连接运放U1B的正极输入脚，电阻R7一端连接电源地GND、另一端连接运放U1B的正极输入脚；该二阶带通滤波器的通带决定于R5～R7、C4与C5的取值。

所述第二二阶带通滤波器包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C8与电容C9，其中，电阻R10一端连接运放U1B的输出脚、另一端连接电容C9，电容 C9连接运放U2A的正极输入脚，电容C8一端连接电源地GND、另一端连接电容 C9，电阻R11一端连接输入正电源VCC、另一端连接运放U2A的正极输入脚，电阻R12一端连接电源地GND、另一端连接运放U2A的正极输入脚，运放U2A的2 个电源脚分别连接输入正电源VCC和电源地GND。该二阶带通滤波器的通带决定于R10～R12、C8与C9的取值。

所述第一一阶低通滤波电路包括电阻R15与电容C12，其中，电阻R15一端连接运放U2A的输出脚、另一端连接运放U2B的正极输入脚，电容C12一端连接电源地GND、另一端连接运放U2B的正极输入脚。该一阶低通滤波器的截止频率决定于R15与C12的取值。

所述第三二阶带通滤波器包括电阻R3、电阻R4、电容C2、电容C3与运放 U1A，其中，电容C2一端连接电源地GND、另一端连接电阻R3，电阻R3连接运放U1A的负极输入脚，电容C3一端连接运放U1A的负极输入脚、另一端连接运放U1A的输出脚，电阻R4与电容C3并联。

所述第四二阶带通滤波器包括电阻R8、电阻R9、电容C6、电容C7与运放 U1B，其中，电容C6一端连接电源地GND、另一端连接电阻R8，电阻R8连接运放U1B的负极输入脚，电容C7一端连接运放U1B的负极输入脚、另一端连接运放U1B的输出脚，电阻R9与电容C7并联。该二阶带通滤波器的通带决定于R8、R9、C6与C7的取值。

所述第五二阶带通滤波器包括电阻R13、电阻R14、电容C10、电容C11与运放U2A，其中，电容C10一端连接电源地GND、另一端连接电阻R13，电阻R13连接运放U2A的负极输入脚，电容C11一端连接运放U2A的负极输入脚、另一端连接运放U2A的输出脚，电阻R14与电容C11并联。该二阶带通滤波器的通带决定于R13、R14、C10与C11的取值。

所述第六二阶带通滤波器包括电阻R16，电阻R17、电容C13、电容C14 与运放U2B，其中，电容C13一端连接电源地GND、另一端连接电阻R16，电阻R16连接运放U2B的负极输入脚，电容C14一端连接运放U2B的负极输入脚、另一端连接运放U2B的输出脚，电阻R17与电容C14并联。该二阶带通滤波器的通带决定于R16、R17、C13与C14的取值。

所述的基于运放的电子听诊放大滤波电路，其输入信号Ui通过耦合电容C1 进入该电路，并经过电容C1和电阻R1和R2构成的第一一阶高通滤波处理后接到运放U1A正输入端。该一阶高通滤波的传递函数为其截止频率决定于R1、R2与C1的取值。

所述的基于运放的电子听诊放大滤波电路，其电阻R3与R4、电容C2与 C3共同构成了第三二阶带通滤波器，该二阶带通滤波器的传递函数为：

其通带决定于R3、R4、C2与C3的取值。

所述的基于运放的电子听诊放大滤波电路，其电阻R5～R7、电容C4与C5 共同构成了第一二阶带通滤波器，该二阶带通滤波器的传递函数为其通带决定于R5～R7、C4与C5的取值。

所述的基于运放的电子听诊放大滤波电路，其电阻R8与R9、电容C6与 C7共同构成了第四二阶带通滤波器，该二阶带通滤波器的传递函数为其通带决定于R8、R9、C6与C7的取值。

所述的基于运放的电子听诊放大滤波电路，其电阻R10～R12、电容C8与 C9共同构成了第二二阶带通滤波器，该二阶带通滤波器的传递函数为

其通带决定于R10～R12、C8与C9的取值。

所述的基于运放的电子听诊放大滤波电路，其电阻R13与R14、电容C10 与C11共同构成了第五二阶带通滤波器，该二阶带通滤波器的传递函数为其通带决定于R13、R14、C10与C11 的取值。

所述的基于运放的电子听诊放大滤波电路，其电阻R15与电容C12共同构成了第一一阶低通滤波器，该一阶低通滤波器的传递函数为其截止频率决定于R15与C12的取值。

所述的基于运放的电子听诊放大滤波电路，其电阻R16与R17、电容C13 与C14共同构成了第六二阶带通滤波器，该二阶带通滤波器的传递函数为其通带决定于R16、R17、C13与C14 的取值。

所述的基于运放的电子听诊放大滤波电路，其由上述滤波器串联而成，构成一个14阶的带通滤波电路。该14阶带通滤波器的通带决定于电阻R1～R17、电容C1～C14的取值。

本实用新型的基于运放的电子听诊放大滤波电路可实现对输入信号U_i的放大和滤波功能，其传递函数为G＝G₁G₂G₃G₄G₅G₆G₇G₈，其幅频特性曲线如图2所示。

实施例一

一般认为心音信号的有效频段为[20Hz,800Hz]。当应用于心音听诊时，本实用新型的基于运放的电子听诊放大滤波电路为由运放U1A、U1B、U2A和U2B 及电阻R1～R17、电容C1～C14构成的14阶带通滤波电路，如图3所示；各参数的优选值如下表1：

表1实施例一各参数优选值

此时，该放大滤波电路可实现通带为[20Hz,800Hz]的带通滤波，且在截止频率20Hz和800Hz附近均可实现近-60dB/dec的滚降。相应的幅频频率特性曲线如图4所示。

实施例二

一般认为常见的体音信号，包括心音、肺音、肠鸣音，的有效频段为[20Hz, 1500Hz]。当希望实现通用的听诊器时，本实用新型的基于运放的电子听诊放大滤波电路为由运放U1A、U1B、U2A和U2B及电阻R1～R17、电容C1～C14 构成的14阶带通滤波电路，如图5所示，各参数的优选值如下表2：

表2实施例一各参数优选值

此时，该放大滤波电路可实现通带为[20Hz,1500Hz]的带通滤波，且在截止频率20Hz和1500Hz附近均可实现近‐60dB/dec的滚降。相应的幅频频率特性曲线如图6所示。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同范围限定。