Prenez en charge le pistolet thermique du front! Quelles solutions de puces le populaire oxymètre mettra-t-il en feu?
Affectée par la fermentation continue de l'épidémie mondiale, suite aux produits médicaux tels que les thermomètres frontaux et les ventilateurs, la demande d'oxymètres sanguins a également connu une croissance explosive. Étant donné que la saturation en oxygène du sang est l'un des indicateurs diagnostiques importants de cette nouvelle pneumonie coronarienne, la demande d'oxymètres capables de mesurer la saturation en oxygène du sang entraînera une augmentation à court terme de 3 à 5 fois. Dans le même temps, certains initiés du secteur estiment qu'après l'épidémie, on s'attend à ce que la demande d'équipement médical de surveillance de l'oxygène dans le sang continue de croître considérablement au cours des prochaines années, et que le taux de croissance devrait rester entre 25% et 30%. %.
Principe de l'oxymètre
D'une manière générale, les oxymètres peuvent être divisés en deux catégories. L'une est l'équipement hospitalier utilisé à l'hôpital, qui est généralement intégré au moniteur de signes vitaux pour obtenir des données d'oxygène sanguin via la sonde d'oxygène sanguin; l'autre est utilisé en dehors de l'hôpital. L'oxymètre à pince pour petit doigt peut détecter les données d'oxygène sanguin directement sur le doigt pendant quelques secondes.
L'oxymètre se compose généralement d'un microprocesseur, d'une mémoire (EPROM et RAM), de deux convertisseurs numérique-analogique qui contrôlent les LED, d'un dispositif qui filtre et amplifie le signal reçu par la photodiode, et numérise le signal reçu pour le fournir au microprocesseur. Il est composé de convertisseurs analogique-numérique et d'autres dispositifs.Les LED et les photodiodes sont placées dans de petites sondes qui sont en contact avec le bout des doigts ou les lobes d'oreille du patient. Parmi eux, l'oxymètre de pouls comprend généralement également un petit écran à cristaux liquides.
Oxymètre AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
Les principaux indicateurs de mesure de l'oxymètre sont la fréquence du pouls, la saturation en oxygène du sang et l'indice de perfusion (IP). Prenons l'exemple d'un oxymètre à pince à petit doigt. Le principe est le suivant: en pilotant tour à tour une LED rouge (660 nm) et une LED infrarouge (910 nm), la ligne bleue indique que lorsque l'hémoglobine ne contient pas de molécules d'oxygène, le tube récepteur Dans la courbe d'induction, on peut voir sur le graphique que l'hémoglobine réduite a une absorption relativement forte de la lumière rouge de 660 nm, tandis que la longueur d'absorption de la lumière infrarouge de 910 nm est relativement faible. La ligne rouge représente la courbe d'induction de l'hémoglobine et des globules rouges avec des molécules d'oxygène lorsque le tube récepteur répond à l'hémoglobine oxygénée. On peut voir sur la figure que l'absorption de la lumière rouge à 660 nm est relativement faible et l'absorption de la lumière infrarouge de 910 nm est relativement fort.
Dans la mesure de l'oxygène sanguin, de l'hémoglobine réduite et de l'hémoglobine oxygénée, en détectant la différence entre les deux types d'absorption de lumière de différentes longueurs d'onde, la différence de données mesurée est la donnée la plus élémentaire pour mesurer la saturation en oxygène du sang. Dans le test d'oxygène sanguin, les deux longueurs d'onde les plus courantes de 660 nm et 910 nm, en fait, pour obtenir une plus grande précision, en plus des deux longueurs d'onde, il y a même jusqu'à 8 longueurs d'onde. La raison principale est que l'hémoglobine humaine en plus de réduction de l'hémoglobine En plus de l'oxyhémoglobine, il existe d'autres hémoglobines. On voit souvent de la carboxyhémoglobine. Plus il y a de longueurs d'onde, plus la précision de l'oxymètre est élevée.
Inventaire des schémas de conception de puces d'oxymètre
Afin de mieux comprendre le marché de l'oxymètre, l'éditeur a compilé les schémas de conception de puces d'oxymètre grand public sur le marché pour les lecteurs (s'il y a des lacunes, bienvenue à ajouter).
01, Renesas Electronics
La solution d'oxymètre Renesas Electronics est équipée d'un module de capteur hautement intégré OB1203 et d'un MCU analogique RA2A1 de haute précision, qui est optimisé pour les caractéristiques d'application des oxymètres portables et atteint un équilibre parfait entre performances et consommation d'énergie. Renesas Electronics RA2A1 MCU fournit un ensemble complet de fonctions de conditionnement de signal et de simulation de mesure pour la solution.Ses fonctions analogiques incluent SAR ADC 16 bits, Sigma-Delta ADC 24 bits, comparateur, amplificateur opérationnel et DAC. Le système utilise un système de charge de batterie au lithium qui combine ADC 16 bits, amplificateur opérationnel et PWM.
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB Solution d'oxymètre électronique Renesas
Dans le même temps, la solution d'oxymètre Renesas Electronics utilise une conception de charge USB électronique au lithium à une seule cellule. Avec la puissante fonction analogique du microcontrôleur RA2A1 ARM, il peut simplement réaliser le chargement USB de la batterie lithium-ion sans avoir besoin de Composants supplémentaires. La tension et le courant à l'intérieur du système peuvent être surveillés en temps réel et la méthode de charge peut être ajustée selon les besoins.
Le capteur hautement intégré OB1203 équipé de la solution oxymètre de Renesas est le plus petit module de biocapteur optique du secteur. Il dispose d'un biocapteur entièrement intégré pour la photopléthysmographie réfléchissante. La fréquence cardiaque et la saturation en oxygène du sang peuvent être déterminées grâce à des algorithmes appropriés. (SpO2), fréquence respiratoire et la variabilité de la fréquence cardiaque. OB1203 intègre la source lumineuse et le pilote dans un seul package d'optimisation optique. Le microcontrôleur principal RA2A1 peut obtenir directement des données PPG via la communication IIC.
Dans le même temps, la solution fournit également une conception à faible consommation qui s'éteint automatiquement après 10 secondes sans contact avec les doigts. Avec les fonctionnalités de faible consommation du MCU RA2A1 et du module de biocapteur OB1203, la consommation électrique de l'ensemble du système a été optimisé davantage.
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC Solution d'oxymètre électronique Renesas
Caractéristiques de la solution d’oxymètre électronique Renesas:
1. Recharge USB Li-ion à une seule batterie • Réalisation simple de la charge USB de la batterie Li-ion • Surveillance en temps réel de la tension et du courant
2. Système basse consommation • MCU RA2A1 basse consommation, module de biocapteur basse consommation OB1203 • Coupez automatiquement l'alimentation après 10 secondes sans un doigt
3. Facile à contrôler • Communication I2C avec OB1203 et OLED • À l'approche, la génération de nouvelles données PPG et la FIFO est pleine, l'OB1203 déclenche une interruption • AD et PWM contrôlent la charge de la batterie
4. Plage de mesure • Saturation en oxygène du sang: 70% ~ 100% • Impulsion: 25bpm ~ 200bpm
02, Texas Instruments
Le sous-système adaptateur CA / CC de la solution d'oxymètre de pouls Texas Instruments convertit la ligne d'alimentation CA en une sortie CC régulée isolée; le sous-système frontal du capteur pilote la LED rouge / IR et convertit l'entrée de la photodiode en un tampon, obtenu, donc que le processeur système peut le traiter.
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Solution d'oxymètre de pouls Texas Instruments
Caractéristiques de la solution d'oxymètre de pouls Texas Instruments:
1. Le pilote de LED intégré et le circuit de conditionnement de signal de photodiode peuvent détecter l'absorption de la lumière avec un haut degré de précision, simplifiant ainsi la conception et aidant le produit final à conserver un petit facteur de forme.
2. Les solutions de gestion de l'alimentation à haut rendement contribuent à prolonger la durée de vie de la batterie, réduisant ainsi la fréquence des utilisateurs qui remplacent ou rechargent la batterie.
3. Un microcontrôleur de faible puissance, qui peut traiter les mesures du capteur et calculer la saturation en oxygène et la fréquence cardiaque.
03, NXP
NXP fournit des microcontrôleurs à très faible puissance prenant en charge les écrans LCD, adaptés aux oxymètres de pouls portables et pouvant suivre la teneur en oxygène dans le sang du patient.
Ces dispositifs fournissent une méthode non invasive simple pour surveiller le pourcentage d'hémoglobine saturée en oxygène dans le sang. L'écran LCD affichera la saturation en oxygène du sang et la fréquence cardiaque.
L'oxymètre de pouls peut être utilisé en tant qu'appareil portable autonome ou en tant que partie d'un grand système de surveillance des patients.
Oxymètre de pouls EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE NXP
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF Appareil prenant en charge l'oxymètre de pouls NXP
04, ADI
ADI propose une gamme complète de technologies de traitement de signaux numériques et linéaires, à signaux mixtes, MEMS et numériques hautes performances pour la conception d'oxymètres de pouls.
Schéma de conception de l'oxymètre de pouls GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGADI
L'oxymètre de pouls comprend le chemin de transmission, le chemin de réception, l'affichage et le rétroéclairage, l'interface de données et l'alarme audio. Le chemin d'émission comprend une LED de lumière rouge, une LED de lumière infrarouge et un DAC utilisé pour piloter la LED. Le chemin de réception comprend des capteurs à photodiode, un conditionnement de signal, des convertisseurs analogique-numérique et des processeurs.
Considérations de conception et principaux défis du système d'oxymètre de pouls:
Lors de la conception d'un système d'oxymètre de pouls, de nombreux problèmes doivent être résolus, tels que la faible perfusion sanguine, l'exercice et l'humidité de la peau, l'interférence de la lumière parasite, l'interférence de la carboxyhémoglobine et de la méthémoglobine.
1. Faible perfusion sanguine (faible niveau de signal). Les mesures de photodiode nécessitent un conditionnement de signal avec une large plage dynamique et un faible gain de bruit afin de capturer les événements d'impulsion. Les chemins de transmission et de réception nécessitent des circuits d'attaque de LED de haute qualité à faible bruit avec des CNA haute résolution et des circuits frontaux analogiques de haute précision avec des ADC haute résolution.
2. Exercice et humidité de la peau. Le mouvement provoquera des artefacts, qui peuvent être résolus par des algorithmes logiciels, ou utiliseront des accéléromètres tels que ADXL345 pour les détecter et les résoudre.
3. Interférence de lumière parasite. Utilisez des photodiodes pour répondre à la lumière rouge et à la lumière infrarouge, elle est facilement interférée par la lumière ambiante. Par conséquent, l'algorithme utilisé pour filtrer les signaux cibles de lumière rouge et de lumière infrarouge est très important, ce qui signifie que le traitement du signal est plus compliqué. Dans ce cas, vous devez utiliser un DSP avec des capacités de traitement de signal plus élevées.
4. Carboxyhémoglobine et méthémoglobine. Le monoxyde de carbone (CO) se lie facilement à l'hémoglobine, ce qui rend le sang plus proche de l'HbO2 rouge, ce qui entraîne une valeur de SpO2 artificiellement élevée. Le fer dans la base de l'hème est dans un état anormal et ne peut pas transporter d'oxygène (Fe + 3 au lieu de Fe + 2), ce qui entraîne une diminution de l'hémoglobine et une fausse lecture basse de SpO2. L'utilisation de plus de longueurs d'onde peut améliorer la précision, mais cela nécessite un traitement numérique DSP plus performant, et le temps de traitement est critique.
05, Renajie Electronics
Renaje Electronics utilise le multiplexage temporel pour piloter les photodiodes et allume périodiquement deux LED pour détecter deux signaux optiques sur le même chemin de transmission. Afin d'obtenir deux signaux indépendants, en même temps, un signal de commande synchronisé avec l'impulsion de commande de LED est utilisé pour commander l'utilisation d'un circuit de maintien pour réaliser la séparation de signal, et deux signaux de lumière infrarouge et rouge sont obtenus respectivement. Les impulsions de synchronisation de commande de LED et les impulsions de synchronisation de commutation de circuit d'échantillonnage et de maintien sont fournies par le GPIO de RJM8L151.
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH
L'unité de traitement de signal analogique achève le traitement du signal collecté par la photodiode, y compris les fonctions de conversion de signal, d'échantillonnage et de maintien, d'amplification, de filtrage et de compensation. Etant donné que le signal émis par la photodiode est un signal de courant, il doit être converti en un signal de tension avant de pouvoir être traité par le circuit suivant. De plus, la photodiode fonctionne dans un état de polarisation inverse, et sa résistance de jonction est relativement grande et le courant de sortie est relativement petit. Par conséquent, un amplificateur opérationnel avec une impédance d'entrée plus élevée doit être sélectionné comme TIA pour la conversion I / V.
La sortie du circuit de conversion courant-tension est constituée de deux types de signaux optiques multiplexés par répartition dans le temps. Pour séparer les deux signaux optiques, deux circuits d'échantillonnage et de maintien indépendants sont utilisés, et le GPIO de RJM8L151 est utilisé pour contrôler et commuter le circuits d'échantillonnage et de maintien à deux canaux., Et à synchroniser avec l'impulsion de commande de l'impulsion de commande de LED.
Étant donné que le signal CA séparé est très faible, afin d'éliminer la composante CC et les interférences haute fréquence, un filtre passe-bande est utilisé dans le circuit pour traiter la lumière rouge et les signaux infrarouges. Le filtre passe-bande est composé de parties passe-haut et passe-bas. La partie passe-haut utilise un réseau de filtres RC pour filtrer la composante CC et sa fréquence de coupure est réglée à 0,23 Hz. La partie passe-bas utilise un circuit de filtre passe-bas du second ordre avec une fréquence de coupure de 0,48 Hz.
Ruinajie Electronics a lancé la série RJM8L151 de microcontrôleurs à très faible puissance, qui conviennent parfaitement aux terminaux IoT alimentés par batterie. La série RJM8L151 offre non seulement d'excellentes performances en termes de consommation d'énergie en fonctionnement et en veille, mais dispose également d'un convertisseur analogique-numérique à approximation successive haute précision 12 bits intégré et d'un comparateur multifonction à 2 canaux, ce qui est extrêmement bénéfique pour la haute précision. et détection en temps réel des capteurs de signaux faibles. Les riches interfaces périphériques de RJM8L151 rendent plus pratique l'extension de divers modules de communication et modules fonctionnels. RJM8L151 est basé sur le cœur de processeur de l'architecture Harvard amélioré et le système d'instructions de pipeline à plusieurs étages. Les performances de traitement de la même fréquence d'horloge sont 3 fois celles du 8051. Il adopte l'environnement de développement intégré Keil uVision ou IAR pour développer et déboguer le code d'application .
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Schéma fonctionnel du microcontrôleur série RJM8L151
Caractéristiques de la solution d'oxymètre électronique à pince à doigt Renajie:
1. La plage de tension de fonctionnement normale de RJM8L151 est de 1,62 V à 5,5 V, ce qui est très approprié pour l'alimentation directe de 2 et 3 batteries sèches, éliminant le besoin de circuits LDO supplémentaires. De plus, le courant de veille de RJM8L151 est aussi faible comme 0,5 uA, ce qui peut maintenir le RTC interne normal.Temps, tout en gardant les données SRAM inchangées, cette performance peut réduire considérablement les exigences du système en termes de capacité et de taille de la batterie.
2. RJM8L151 se réveille d'un état de faible puissance en moins de 5us, ce qui peut réaliser un sommeil rapide et un réveil à faible cycle de travail, ce qui réduit considérablement la consommation d'énergie du système.
3. RJM8L151 dispose de 4 sources d'horloge: horloge interne haute vitesse, horloge interne basse vitesse, horloge externe haute vitesse et horloge externe basse vitesse. Le module de commande d'horloge de RJM8L151 divise ces sources d'horloge grâce à une configuration flexible pour atteindre différentes exigences de consommation d'énergie et de performances.
4. En termes de circuits analogiques, RJM8L151 a un ADC d'approximation successive de 7 canaux 12 bits, un taux de conversion d'échantillonnage jusqu'à 1 MSPS et prend en charge l'entrée de tension de référence externe.
5. RJM8L151 a conçu une multitude de modules de synchronisation, y compris deux minuteries de base 16 bits et une minuterie 16 bits à usage général qui prend en charge les fonctions de capture d'entrée / comparaison de sortie / sortie PWM.
06, Ying Ruien
Le rôle du commutateur analogique RS2105 est principalement de basculer entre les LED rouges et les LED infrarouges, multiplexées en temps partagé et modulées avec une certaine fréquence. Cela nécessite une puce d'amplification opérationnelle (telle que RS321) pour coopérer avec le DAC interne du microcontrôleur pour générer un signal de sortie à courant constant, car si la lampe LED doit fonctionner à un courant constant pour obtenir une longueur d'onde relativement stable, son courant d'émission doit généralement atteindre des dizaines de milliampères. Par conséquent, il est nécessaire que la résistance à l'état passant du commutateur analogique soit ≤ 1 Ω, et la résistance à l'état passant du commutateur analogique RS2105 utilisé dans cette solution soit de 0,6 Ω.
JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ Ying Ruien schéma de principe de l'oxymètre à pince à doigt domestique
À l'extrémité de réception photosensible, l'ampli opérationnel RS622 est utilisé pour réaliser une conversion photoélectrique, ce qui nécessite que le courant de polarisation d'entrée Ib de l'ampli opérationnel soit au niveau pA. De plus, la bande passante de l'ampli opérationnel doit être supérieure à 5 MHz pour répondre à la réponse rapide.La série à faible bruit d'amplis op peut mieux améliorer la résolution du système. En termes de topologie d'alimentation, l'une consiste à utiliser deux piles sèches (3V), puis à augmenter à 5V puis à descendre pour chaque circuit du système. L'autre a une batterie au lithium qui peut être rechargée et utilisée. La faible consommation d'énergie LDORS3236 convient à ces deux systèmes topologiques.
07, technologie ZLG Ligong
Le contrôle principal adopte la série HC32L de Huada Semiconductor, la puce adopte le noyau Cortex M0 +, la plage de fréquences principale est de 32 ~ 256K Flash, 4 ~ 32K RAM, la plage d'alimentation est de 1,8 ~ 5,5V et le courant n'est que de 0,5 uA en cas de sommeil profond, ce qui peut prolonger la durée de vie de la batterie, il convient donc parfaitement aux applications de produits portables.
Solution de surveillance d'oxymètre portable KKKKKKKKKKKKKKKKKK ZLG Ligong Technology
Le module Bluetooth agit comme un pont de communication entre le MCU et le téléphone mobile, et transmet les données collectées par le MCU au téléphone mobile