Übernehmen Sie die Stirntemperaturpistole! Welche Chip-Lösungen wird das beliebte Oximeter in Brand setzen?
Betroffen von der anhaltenden Fermentation der globalen Epidemie nach Medizinprodukten wie Stirnthermometern und Beatmungsgeräten ist auch die Nachfrage nach Blutoximetern explosionsartig gestiegen. Da die Blutsauerstoffsättigung einer der wichtigsten diagnostischen Indikatoren für diese neue Koronarpneumonie ist, wird die Nachfrage nach Oximetern, die die Blutsauerstoffsättigung messen können, kurzfristig zu einem 3-5-fachen Anstieg führen. Gleichzeitig glauben einige Branchenkenner, dass nach der Epidemie erwartet wird, dass die Nachfrage nach medizinischen Geräten zur Überwachung des Blutsauerstoffs in den nächsten Jahren weiter erheblich zunehmen wird und die Wachstumsrate voraussichtlich zwischen 25% und 30% bleiben wird %.
Prinzip des Oximeters
Im Allgemeinen können Oximeter in zwei Kategorien unterteilt werden: Eine ist die im Krankenhaus verwendete Krankenhausausrüstung, die im Allgemeinen in den Vitalzeichenmonitor integriert ist, um Blutsauerstoffdaten über die Blutsauerstoffsonde zu erhalten, die andere wird außerhalb des Krankenhauses verwendet Das kleine Fingerclip-Oximeter kann einige Sekunden lang Blutsauerstoffdaten direkt am Finger erfassen.
Das Oximeter besteht im Allgemeinen aus einem Mikroprozessor, einem Speicher (EPROM und RAM), zwei Digital-Analog-Wandlern, die LEDs steuern, einem Gerät, das das von der Fotodiode empfangene Signal filtert und verstärkt und das empfangene Signal digitalisiert, um es dem Mikroprozessor bereitzustellen Es besteht aus Analog-Digital-Wandlern und anderen Geräten. LEDs und Fotodioden befinden sich in kleinen Sonden, die mit den Fingerspitzen oder Ohrläppchen des Patienten in Kontakt stehen. Unter diesen enthält das Pulsoximeter im Allgemeinen auch eine kleine Flüssigkristallanzeige.
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA-Oximeter
Die Hauptmessindikatoren des Oximeters sind Pulsfrequenz, Blutsauerstoffsättigung und Perfusionsindex (PI). Nehmen Sie als Beispiel ein kleines Fingerclip-Oximeter. Das Prinzip lautet: Wenn Sie eine rote LED (660 nm) und eine Infrarot-LED (910 nm) nacheinander ansteuern, zeigt die blaue Linie an, dass die Empfangsröhre, wenn das Hämoglobin keine Sauerstoffmoleküle enthält Hämoglobin reduzieren. In der Induktionskurve ist aus dem Diagramm ersichtlich, dass reduziertes Hämoglobin eine relativ starke Absorption von 660 nm rotem Licht aufweist, während die Absorptionslänge von 910 nm Infrarotlicht relativ schwach ist. Die rote Linie stellt die Induktionskurve von Hämoglobin und roten Blutkörperchen mit Sauerstoffmolekülen dar, wenn das Empfangsröhrchen auf sauerstoffhaltiges Hämoglobin reagiert. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Absorption von 660 nm rotem Licht relativ schwach ist und die Absorption von 910 nm Infrarotlicht ist relativ stark.
Bei der Blutsauerstoffmessung, reduziertem Hämoglobin und sauerstoffhaltigem Hämoglobin, durch Erkennen des Unterschieds zwischen den beiden Arten der Lichtabsorption unterschiedlicher Wellenlängen, ist der Unterschied der gemessenen Daten die grundlegendsten Daten zur Messung der Blutsauerstoffsättigung. Im Blutsauerstofftest gibt es die beiden häufigsten Wellenlängen von 660 nm und 910 nm, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen, zusätzlich zu den beiden Wellenlängen sogar bis zu 8 Wellenlängen. Der Hauptgrund ist, dass das menschliche Hämoglobin zusätzlich zu Hämoglobin reduzieren Neben Oxyhämoglobin gibt es noch andere Hämoglobine. Wir sehen oft Carboxyhämoglobin. Je mehr Wellenlängen, desto höher ist die Genauigkeit des Oximeters.
Inventar der Oximeter-Chip-Entwurfsschemata
Um den Oximeter-Markt besser zu verstehen, hat der Herausgeber die gängigen Oximeter-Chip-Design-Schemata auf dem Markt für Leser zusammengestellt (wenn es Mängel gibt, können Sie diese gerne hinzufügen).
01, Renesas Electronics
Die Oximeterlösung von Renesas Electronics ist mit einem hochintegrierten Sensormodul OB1203 und einer hochpräzisen analogen RA2A1-MCU ausgestattet, die für die Anwendungseigenschaften von Handoximetern optimiert ist und ein perfektes Gleichgewicht zwischen Leistung und Stromverbrauch erzielt. Die RA2A1-MCU von Renesas Electronics bietet einen vollständigen Satz von Funktionen zur Signalkonditionierung und Messsimulation für die Lösung. Zu den analogen Funktionen gehören 16-Bit-SAR-ADC, 24-Bit-Sigma-Delta-ADC, Komparator, Operationsverstärker und DAC. Das System verwendet ein Lithium-Batterieladesystem, das 16-Bit-ADC, Operationsverstärker und PWM kombiniert.
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB Renesas elektronische Oximeterlösung
Gleichzeitig verwendet die Oximeterlösung von Renesas Electronics ein einzelliges lithiumelektronisches USB-Ladedesign. Mit der leistungsstarken Analogfunktion des RAMA1 ARM-Mikrocontrollers kann das USB-Laden des Lithium-Ionen-Akkus einfach realisiert werden, ohne dass dies erforderlich ist zusätzliche Komponenten. Die Spannung und der Strom im System können in Echtzeit überwacht und die Lademethode nach Bedarf angepasst werden.
Der hochintegrierte Sensor OB1203, der mit der Oximeterlösung von Renesas ausgestattet ist, ist das kleinste optische Biosensormodul der Branche. Er verfügt über einen vollständig integrierten Biosensor für die reflektierende Photoplethysmographie. Herzfrequenz und Blutsauerstoffsättigung können durch geeignete Algorithmen (SpO2) und Atemfrequenz bestimmt werden und Herzfrequenzvariabilität. OB1203 integriert die Lichtquelle und den Treiber in einem einzigen optischen Optimierungspaket. Der Hauptmikrocontroller RA2A1 kann PPG-Daten direkt über die IIC-Kommunikation abrufen.
Gleichzeitig bietet die Lösung ein stromsparendes Design, das sich nach 10 Sekunden ohne Fingerkontakt automatisch ausschaltet. Mit den stromsparenden Funktionen der RA2A1-MCU und des Biosensormoduls OB1203 wurde der Stromverbrauch des gesamten Systems erhöht weiter optimiert.
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC Renesas elektronische Oximeterlösung
Merkmale der elektronischen Oximeterlösung von Renesas:
1. Li-Ionen-USB-Aufladung mit einem Akku • Einfache Realisierung des USB-Ladevorgangs mit Li-Ionen-Akkus • Echtzeitüberwachung von Spannung und Strom
2. Low-Power-System • Low-Power-MCU RA2A1, Low-Power-Biosensormodul OB1203 • Schaltet die Stromversorgung nach 10 Sekunden ohne Finger automatisch ab
3. Einfach zu steuern • I2C-Kommunikation mit OB1203 und OLED • Bei Annäherung, Generierung neuer PPG-Daten und vollem FIFO löst OB1203 eine Unterbrechung aus. • Laden der Batterie durch AD- und PWM-Steuerung
4. Messbereich • Blutsauerstoffsättigung: 70% ~ 100% • Puls: 25 bpm ~ 200 bpm
02, Texas Instruments
Das AC / DC-Adapter-Subsystem der Pulsoximeter-Lösung von Texas Instruments wandelt die AC-Stromleitung in einen isolierten geregelten DC-Ausgang um, das Sensor-Front-End-Subsystem steuert die rote / IR-LED an und wandelt den Fotodiodeneingang in einen gepufferten, erhaltenen So um dass der Systemprozessor es verarbeiten kann.
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Texas Instruments Pulsoximeter-Lösung
Merkmale der Pulsoximeter-Lösung von Texas Instruments:
1. Die integrierte LED-Treiber- und Fotodioden-Signalaufbereitungsschaltung kann die Lichtabsorption mit einem hohen Maß an Genauigkeit erfassen, wodurch das Design vereinfacht wird und das Endprodukt dabei unterstützt wird, einen kleinen Formfaktor beizubehalten.
2. Hocheffiziente Power-Management-Lösungen verlängern die Batterielebensdauer und verringern so die Häufigkeit, mit der Benutzer die Batterie austauschen oder aufladen.
3. Ein Mikrocontroller mit geringem Stromverbrauch, der Sensormessungen verarbeiten und Sauerstoffsättigung und Herzfrequenz berechnen kann.
03, NXP
NXP bietet MCUs mit extrem geringem Stromverbrauch, die LCD-Displays unterstützen, die für tragbare Pulsoximeter geeignet sind, und die den Sauerstoffgehalt im Blut des Patienten verfolgen können.
Diese Geräte bieten eine einfache nicht-invasive Methode zur Überwachung des Prozentsatzes an sauerstoffgesättigtem Hämoglobin im Blut. Das LCD-Display zeigt die Blutsauerstoffsättigung und die Herzfrequenz an.
Das Pulsoximeter kann als eigenständiges tragbares Gerät oder als Teil eines großen Patientenüberwachungssystems verwendet werden.
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE NXP Pulsoximeter
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF NXP-Pulsoximeter-Stützvorrichtung
04, ADI
ADI bietet eine vollständige Palette von Hochleistungs-Linear-, Mixed-Signal-, MEMS- und digitalen Signalverarbeitungstechnologien für das Pulsoximeter-Design.
GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGADI Pulsoximeter-Entwurfsschema
Das Pulsoximeter umfasst den Sendepfad, den Empfangspfad, die Anzeige und die Hintergrundbeleuchtung, die Datenschnittstelle und den Audioalarm. Der Emissionspfad umfasst eine Rotlicht-LED, eine Infrarotlicht-LED und einen DAC, die zum Ansteuern der LED verwendet werden. Der Empfangspfad umfasst Fotodiodensensoren, Signalkonditionierung, Analog-Digital-Wandler und Prozessoren.
Entwurfsüberlegungen und Hauptherausforderungen des Pulsoximetersystems:
Bei der Entwicklung eines Pulsoximetersystems müssen viele Probleme gelöst werden, wie z. B. geringe Blutperfusion, Bewegung und Hautfeuchtigkeit, Streulichtstörungen, Carboxyhämoglobin- und Methämoglobinstörungen.
1. Niedrige Blutperfusion (kleiner Signalpegel). Fotodiodenmessungen erfordern eine Signalkonditionierung mit einem breiten Dynamikbereich und einer geringen Rauschverstärkung, um Impulsereignisse zu erfassen. Die Sende- und Empfangspfade erfordern hochwertige, rauscharme LED-Treiberschaltungen mit hochauflösenden DACs und hochpräzise analoge Front-End-Schaltungen mit hochauflösenden ADCs.
2. Bewegung und Hautfeuchtigkeit. Bewegung verursacht Artefakte, die durch Softwarealgorithmen gelöst werden können, oder verwendet Beschleunigungsmesser wie ADXL345, um sie zu erkennen und zu lösen.
3. Streulichtstörungen. Verwenden Sie Fotodioden, um auf rotes Licht und Infrarotlicht zu reagieren. Es wird leicht durch Umgebungslicht gestört. Daher ist der Algorithmus zum Herausfiltern der Rotlicht- und Infrarotlicht-Zielsignale sehr wichtig, was bedeutet, dass die Signalverarbeitung komplizierter ist. In diesem Fall müssen Sie einen DSP mit höheren Signalverarbeitungsfunktionen verwenden.
4. Carboxyhämoglobin und Methämoglobin. Kohlenmonoxid (CO) bindet leicht an Hämoglobin, wodurch das Blut eher rotem HbO2 ähnelt, was zu einem künstlich hohen SpO2-Wert führt. Das Eisen in der Hämbase befindet sich in einem abnormalen Zustand und kann keinen Sauerstoff transportieren (Fe + 3 anstelle von Fe + 2), was zu einer Abnahme des Hämoglobins und einem falsch niedrigen SpO2-Wert führt. Die Verwendung von mehr Wellenlängen kann die Genauigkeit verbessern, dies erfordert jedoch einen leistungsstärkeren digitalen Verarbeitungs-DSP, und die Verarbeitungszeit ist entscheidend.
05, Renajie Electronics
Renaje Electronics verwendet Zeitmultiplex zum Ansteuern von Fotodioden und zum periodischen Aufleuchten von zwei LEDs, um zwei optische Signale auf demselben Übertragungsweg zu erfassen. Um zwei unabhängige Signale gleichzeitig zu erhalten, wird ein mit dem LED-Ansteuerimpuls synchronisiertes Steuersignal verwendet, um die Verwendung einer Halteschaltung zum Realisieren einer Signaltrennung zu steuern, und zwei Signale von Infrarot- bzw. Rotlicht werden erhalten. Zeitsteuerungsimpulse für LED-Ansteuerungen und Zeitsteuerungsimpulse für Abtast- und Halteschaltungen werden vom GPIO des RJM8L151 bereitgestellt.
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH Fingerclip-Pulsoximeter-Schema
Die analoge Signalverarbeitungseinheit vervollständigt die Verarbeitung des von der Fotodiode gesammelten Signals, einschließlich der Funktionen Signalumwandlung, Abtasten und Halten, Verstärken, Filtern und Kompensieren. Da das von der Fotodiode ausgegebene Signal ein Stromsignal ist, muss es in ein Spannungssignal umgewandelt werden, bevor es von der nachfolgenden Schaltung verarbeitet werden kann. Darüber hinaus arbeitet die Fotodiode in einem Sperrvorspannungszustand, und ihr Übergangswiderstand ist relativ groß und der Ausgangsstrom ist relativ klein. Daher sollte ein Operationsverstärker mit einer höheren Eingangsimpedanz als TIA für die I / V-Wandlung ausgewählt werden.
Der Ausgang der Strom-Spannungs-Wandlungsschaltung besteht aus zwei Arten von optischen Zeitmultiplexsignalen. Um die beiden optischen Signale zu trennen, werden zwei unabhängige Abtast- und Halteschaltungen verwendet, und der GPIO von RJM8L151 wird zum Steuern und Schalten der verwendet Zweikanal-Abtast- und Halteschaltungen. Und mit dem Steuerimpuls des LED-Ansteuerimpulses zu synchronisieren.
Da das getrennte Wechselstromsignal sehr schwach ist, wird zur Beseitigung der Gleichstromkomponente und der Hochfrequenzstörung ein Bandpassfilter in der Schaltung verwendet, um die Rotlicht- und Infrarotsignale zu verarbeiten. Das Bandpassfilter besteht aus Hochpass- und Tiefpassteilen. Der Hochpassteil verwendet ein RC-Filternetzwerk, um die Gleichstromkomponente herauszufiltern, und seine Grenzfrequenz wird auf 0,23 Hz eingestellt. Der Tiefpass verwendet eine Tiefpassfilterschaltung zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 0,48 Hz.
Ruinajie Electronics hat die RJM8L151-Serie von MCUs mit extrem geringem Stromverbrauch auf den Markt gebracht, die sich sehr gut für batteriebetriebene IoT-Endgeräte eignen. Die RJM8L151-Serie bietet nicht nur eine hervorragende Leistung beim Laufen und im Standby-Stromverbrauch, sondern auch einen eingebauten 12-Bit-ADC mit sukzessiver Näherung mit sukzessiver Approximation und einen 2-Kanal-Multifunktionskomparator, was für die hohe Präzision äußerst vorteilhaft ist und Echtzeiterkennung von schwachen Signalsensoren. Die umfangreichen Peripherieschnittstellen von RJM8L151 erleichtern das Erweitern verschiedener Kommunikationsmodule und Funktionsmodule. RJM8L151 basiert auf dem erweiterten CPU-Kern der Harvard-Architektur und dem mehrstufigen Pipeline-Befehlssystem. Die Verarbeitungsleistung derselben Taktfrequenz beträgt das Dreifache der des herkömmlichen 8051. Zum Entwickeln und Debuggen von Anwendungscode wird die integrierte Entwicklungsumgebung Keil uVision oder IAR verwendet .
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIII MCU-Hardware-Blockdiagramm der Serie RJM8L151
Merkmale der elektronischen Fingerclip-Oximeter-Lösung von Renajie:
1. Der normale Betriebsspannungsbereich von RJM8L151 beträgt 1,62 V bis 5,5 V, was sehr gut für die direkte Stromversorgung von 2 und 3 Trockenbatterien geeignet ist, sodass keine zusätzlichen LDO-Schaltkreise erforderlich sind. Außerdem ist der Standby-Strom von RJM8L151 ebenso niedrig Mit 0,5 uA, wodurch die normale interne RTC beibehalten werden kann. Das Timing kann bei unveränderten SRAM-Daten die Anforderungen des Systems an Batteriekapazität und -größe erheblich reduzieren.
2. RJM8L151 erwacht in weniger als 5us aus einem Energiesparmodus, wodurch ein schneller Schlaf und ein Weckdienst mit niedrigem Arbeitszyklus realisiert werden können, was wiederum den Stromverbrauch des Systems erheblich reduziert.
3. RJM8L151 verfügt über 4 Taktquellen: interne Hochgeschwindigkeitstaktung, interne Niedriggeschwindigkeitstaktung, externe Hochgeschwindigkeitstaktung und externe Niedriggeschwindigkeitstaktung. Das Taktsteuermodul des RJM8L151 unterteilt diese Taktquellen durch flexible Konfiguration, um unterschiedliche Anforderungen an Stromverbrauch und Leistung zu erfüllen.
4. In Bezug auf analoge Schaltungen verfügt der RJM8L151 über einen 7-Kanal-12-Bit-ADC mit sukzessiver Approximation, einer Abtastumwandlungsrate von bis zu 1 MSPS und unterstützt einen externen Referenzspannungseingang.
5. RJM8L151 hat eine Vielzahl von Timing-Modulen entwickelt, darunter zwei 16-Bit-Basis-Timer und einen 16-Bit-Allzweck-Timer, der Funktionen zur Erfassung von Eingängen / zum Vergleich von Ausgängen / zur PWM-Ausgabe unterstützt.
06, Ying Ruien
Die Rolle des Analogschalters RS2105 besteht hauptsächlich darin, zwischen roten LED- und Infrarot-LED-Lichtern zu wechseln, die zeitlich geteilt, gemultiplext und mit einer bestimmten Frequenz moduliert werden. Dies erfordert, dass ein Operationsverstärkerchip (wie RS321) mit dem internen DAC des Mikrocontrollers zusammenarbeitet, um ein Konstantstrom-Ausgangssignal zu erzeugen, denn wenn die LED-Lampe mit einem konstanten Strom arbeiten soll, um eine relativ stabile Wellenlänge zu erhalten, ist ihr Emissionsstrom muss normalerweise mehrere zehn Milliampere erreichen. Daher muss der Einschaltwiderstand des Analogschalters ≤ 1 Ω und der Einschaltwiderstand des in dieser Lösung verwendeten RS2105-Analogschalters 0,6 Ω betragen.
JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ Ying Ruien Haushalts Fingerclip Oximeter Prinzip Diagramm
Auf der lichtempfindlichen Empfangsseite wird der Operationsverstärker RS622 verwendet, um eine fotoelektrische Umwandlung zu erreichen, die erfordert, dass der Eingangsvorspannungsstrom Ib des Operationsverstärkers auf dem pA-Niveau liegt. Zusätzlich muss die Bandbreite des Operationsverstärkers über 5 MHz liegen erfüllen die schnelle Reaktion. Die rauscharme Serie von Operationsverstärkern kann die Auflösung des Systems besser verbessern. In Bezug auf die Stromversorgungstopologie besteht eine darin, zwei Trockenbatterien (3 V) zu verwenden und dann auf 5 V zu erhöhen und dann für jeden Stromkreis des Systems herunterzufahren. Die andere verfügt über eine Lithiumbatterie, die aufgeladen und verwendet werden kann. Der geringe Stromverbrauch LDORS3236 ist für beide topologischen Systeme geeignet.
07, ZLG Ligong Technology
Die Hauptsteuerung übernimmt die HC32L-Serie von Huada Semiconductor, der Chip übernimmt den Cortex M0 + -Kern, der Hauptfrequenzbereich beträgt 32 bis 256 K Flash, 4 bis 32 K RAM, der Stromversorgungsbereich beträgt 1,8 bis 5,5 V und der Strom beträgt nur 0,5 uA im Falle eines Tiefschlafes, der die Lebensdauer des Akkus verlängern kann, ist er daher sehr gut für tragbare Produktanwendungen geeignet.
KKKKKKKKKKKKKKKKKKKK ZLG Ligong Technology tragbare Oximeter-Überwachungslösung
Das Bluetooth-Modul fungiert als Kommunikationsbrücke zwischen der MCU und dem Mobiltelefon und überträgt die von der MCU gesammelten Daten an das Mobiltelefon