¡Toma el control de la pistola de temperatura de la frente! ¿Qué soluciones de chips provocará el popular oxímetro?
Afectada por la fermentación continua de la epidemia mundial, a raíz de productos médicos como termómetros y ventiladores frontales, la demanda de oxímetros de sangre también ha experimentado un crecimiento explosivo. Dado que la saturación de oxígeno en sangre es uno de los indicadores de diagnóstico importantes de esta nueva neumonía coronaria, la demanda de oxímetros que puedan medir la saturación de oxígeno en sangre marcará el comienzo de un aumento a corto plazo de 3-5 veces. Al mismo tiempo, algunos expertos de la industria creen que después de la epidemia, se espera que la demanda de equipos médicos de monitoreo de oxígeno en sangre continúe creciendo sustancialmente en los próximos años, y se espera que la tasa de crecimiento se mantenga entre el 25% y el 30%. %.
Principio del oxímetro
En términos generales, los oxímetros se pueden dividir en dos categorías. Uno es el equipo intrahospitalario utilizado en el hospital, que generalmente se integra en el monitor de constantes vitales para obtener datos de oxígeno en sangre a través de la sonda de oxígeno en sangre; el otro se utiliza fuera del hospital. El oxímetro de pinza para el dedo meñique puede detectar datos de oxígeno en sangre directamente en el dedo durante unos segundos.
El oxímetro generalmente consta de un microprocesador, memoria (EPROM y RAM), dos convertidores de digital a analógico que controlan los LED, un dispositivo que filtra y amplifica la señal recibida por el fotodiodo y digitaliza la señal recibida para proporcionarla al microprocesador. Está compuesto por convertidores de analógico a digital y otros dispositivos.Los LED y fotodiodos se colocan en pequeñas sondas que están en contacto con las yemas de los dedos o los lóbulos de las orejas del paciente. Entre ellos, el oxímetro de pulso generalmente también incluye una pequeña pantalla de cristal líquido.
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA oxímetro
Los principales indicadores de medición del oxímetro son la frecuencia del pulso, la saturación de oxígeno en sangre y el índice de perfusión (PI). Tome un oxímetro de pinza para dedo pequeño como ejemplo. El principio es: al activar un LED rojo (660nm) y un LED infrarrojo (910nm) a su vez, la línea azul indica que cuando la hemoglobina no contiene moléculas de oxígeno, el tubo receptor Reducir la hemoglobina En la curva de inducción, se puede ver en el gráfico que la hemoglobina reducida tiene una absorción relativamente fuerte de luz roja de 660 nm, mientras que la longitud de absorción de la luz infrarroja de 910 nm es relativamente débil. La línea roja representa la curva de inducción de hemoglobina y glóbulos rojos con moléculas de oxígeno cuando el tubo receptor responde a la hemoglobina oxigenada. Se puede ver en la figura que la absorción de luz roja de 660 nm es relativamente débil y la absorción de luz infrarroja de 910 nm. es relativamente fuerte.
En la medición de oxígeno en sangre, hemoglobina reducida y hemoglobina oxigenada, al detectar la diferencia entre los dos tipos de absorción de luz de diferentes longitudes de onda, la diferencia de datos medidos es la información más básica para medir la saturación de oxígeno en sangre. En la prueba de oxígeno en sangre, las dos longitudes de onda más comunes de 660 nm y 910 nm, de hecho, para lograr una mayor precisión, además de las dos longitudes de onda, hay incluso hasta 8 longitudes de onda. La razón principal es que la hemoglobina humana además de reduciendo la hemoglobina Además de la oxihemoglobina, hay otras hemoglobinas. A menudo vemos carboxihemoglobina. Cuantas más longitudes de onda, mayor es la precisión del oxímetro.
Inventario de esquemas de diseño de chips de oxímetro
Con el fin de comprender mejor el mercado de oxímetros, el editor compiló los esquemas de diseño de chips de oxímetro de uso general en el mercado para los lectores (si hay deficiencias, bienvenido a agregar).
01, Renesas Electronics
La solución de oxímetro de Renesas Electronics está equipada con un módulo sensor OB1203 altamente integrado y un MCU RA2A1 analógico de alta precisión, que está optimizado para las características de aplicación de los oxímetros de mano y logra un equilibrio perfecto entre rendimiento y consumo de energía. La MCU RA2A1 de Renesas Electronics proporciona un conjunto completo de funciones de simulación de medición y acondicionamiento de señal para la solución. Sus funciones analógicas incluyen SAR ADC de 16 bits, Sigma-Delta ADC de 24 bits, comparador, amplificador operacional y DAC. El sistema utiliza un sistema de carga de batería de litio que combina ADC de 16 bits, amplificador operacional y PWM.
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB Solución de oxímetro electrónico Renesas
Al mismo tiempo, la solución de oxímetro de Renesas Electronics utiliza un diseño de carga USB electrónico de litio de celda única. Con la potente función analógica del microcontrolador RA2A1 ARM, puede simplemente realizar la carga USB de la batería de iones de litio sin la necesidad de Componentes adicionales. El voltaje y la corriente dentro del sistema se pueden monitorear en tiempo real y el método de carga se puede ajustar según sea necesario.
El sensor OB1203 altamente integrado equipado con la solución de oxímetro de Renesas es el módulo de biosensor óptico más pequeño de la industria. Tiene un biosensor totalmente integrado para fotopletismografía reflectante. La frecuencia cardíaca y la saturación de oxígeno en sangre se pueden determinar mediante algoritmos apropiados. (SpO2), frecuencia respiratoria y variabilidad de la frecuencia cardíaca. OB1203 integra la fuente de luz y el controlador en un solo paquete de optimización óptica. El microcontrolador principal RA2A1 puede obtener directamente datos PPG a través de la comunicación IIC.
Al mismo tiempo, la solución también proporciona un diseño de bajo consumo que se apaga automáticamente después de 10 segundos sin contacto con los dedos. Con las características de bajo consumo de la MCU RA2A1 y el módulo biosensor OB1203, el consumo de energía de todo el sistema se ha reducido optimizado aún más.
0000-CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC Solución de oxímetro electrónico Renesas
Características de la solución de oxímetro electrónico de Renesas:
1. Carga USB de iones de litio de una sola batería • Realización sencilla de la carga USB de la batería de iones de litio • Monitoreo en tiempo real de voltaje y corriente
2. Sistema de bajo consumo • MCU RA2A1 de bajo consumo, módulo biosensor de bajo consumo OB1203 • Corta automáticamente la alimentación después de 10 segundos sin un dedo
3. Fácil de controlar • Comunicación I2C con OB1203 y OLED • Al acercarse, generar nuevos datos PPG y FIFO está lleno, OB1203 activa una interrupción • Carga de la batería de control AD ​​y PWM
4. Rango de medición • Saturación de oxígeno en sangre: 70% ~ 100% • Pulso: 25 lpm ~ 200 lpm
02, instrumentos de Texas
El subsistema del adaptador de CA / CC de la solución de oxímetro de pulso de Texas Instruments convierte la línea de alimentación de CA en una salida de CC regulada aislada; el subsistema del extremo frontal del sensor activa el LED rojo / IR y convierte la entrada del fotodiodo en un búfer obtenido, por lo que que el procesador del sistema puede procesarlo.
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Solución de oxímetro de pulso de Texas Instruments
Características de la solución de oxímetro de pulso de Texas Instruments:
1. El controlador de LED integrado y el circuito de acondicionamiento de señal de fotodiodo pueden detectar la absorción de luz con un alto grado de precisión, simplificando así el diseño y ayudando al producto final a mantener un factor de forma pequeño.
2. Las soluciones de administración de energía de alta eficiencia ayudan a prolongar la vida útil de la batería, reduciendo así la frecuencia de los usuarios que reemplazan o recargan la batería.
3. Un microcontrolador de baja potencia, que puede procesar las mediciones del sensor y calcular la saturación de oxígeno y la frecuencia cardíaca.
03, NXP
NXP proporciona MCU de potencia ultrabaja que admiten pantallas LCD, adecuadas para oxímetros de pulso portátiles y pueden rastrear el contenido de oxígeno en la sangre del paciente.
Estos dispositivos proporcionan un método simple no invasivo para monitorear el porcentaje de hemoglobina saturada de oxígeno en la sangre. La pantalla LCD mostrará la saturación de oxígeno en sangre y la frecuencia cardíaca.
El oxímetro de pulso se puede utilizar como un dispositivo portátil independiente o como parte de un gran sistema de monitorización de pacientes.
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE Oxímetro de pulso NXP
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF Dispositivo de soporte de oxímetro de pulso NXP
04, ADI
ADI ofrece una gama completa de tecnologías de procesamiento de señales digitales, MEMS, lineales y de señal mixta de alto rendimiento para el diseño de pulsioximetros.
Esquema de diseño del oxímetro de pulso GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGADI
El oxímetro de pulso incluye ruta de transmisión, ruta de recepción, pantalla y luz de fondo, interfaz de datos y alarma de audio. La ruta de emisión incluye LED de luz roja, LED de luz infrarroja y DAC que se utilizan para impulsar el LED. La ruta de recepción incluye sensores de fotodiodos, acondicionamiento de señales, convertidores de analógico a digital y procesadores.
Consideraciones de diseño y principales desafíos del sistema de oxímetro de pulso:
Al diseñar un sistema de oxímetro de pulso, es necesario resolver muchos problemas, como la baja perfusión sanguínea, el ejercicio y la humedad de la piel, la interferencia de luz parásita, la interferencia de carboxihemoglobina y metahemoglobina.
1. Baja perfusión sanguínea (nivel de señal pequeño). Las mediciones de fotodiodos requieren acondicionamiento de señales con un amplio rango dinámico y baja ganancia de ruido para capturar eventos de pulso. Las rutas de transmisión y recepción requieren circuitos de controlador LED de alta calidad y bajo ruido con DAC de alta resolución y circuitos frontales analógicos de alta precisión con ADC de alta resolución.
2. Ejercicio y humedad cutánea. El movimiento provocará artefactos, que pueden resolverse mediante algoritmos de software, o utilizar acelerómetros como ADXL345 para detectarlos y resolverlos.
3. Interferencia de luz parásita. Utilice fotodiodos para responder a la luz roja y la luz infrarroja, ya que la luz ambiental interfiere fácilmente. Por lo tanto, el algoritmo utilizado para filtrar las señales objetivo de luz roja e infrarroja es muy importante, lo que significa que el procesamiento de la señal es más complicado. En este caso, debe utilizar un DSP con mayor capacidad de procesamiento de señales.
4. Carboxihemoglobina y metahemoglobina. El monóxido de carbono (CO) se une fácilmente a la hemoglobina, haciendo que la sangre se parezca más a la HbO2 roja, lo que da como resultado un valor de SpO2 artificialmente alto. El hierro en la base del hemo se encuentra en un estado anormal y no puede transportar oxígeno (Fe + 3 en lugar de Fe + 2), lo que resulta en una disminución de la hemoglobina y una lectura falsamente baja de SpO2. El uso de más longitudes de onda puede mejorar la precisión, pero esto requiere un DSP de procesamiento digital de mayor rendimiento y el tiempo de procesamiento es fundamental.
05, Renajie Electronics
Renaje Electronics utiliza multiplexación por división de tiempo para impulsar fotodiodos y encender periódicamente dos LED para detectar dos señales ópticas en la misma ruta de transmisión. Para obtener dos señales independientes, al mismo tiempo, se utiliza una señal de control sincronizada con el pulso de activación del LED para controlar el uso de un circuito de retención para realizar la separación de la señal, y se obtienen dos señales de luz infrarroja y roja, respectivamente. El GPIO del RJM8L151 proporciona los pulsos de temporización de la unidad LED y los pulsos de temporización de conmutación del circuito de muestreo y retención.
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH Esquema del pulsioxímetro con pinza para dedo
La unidad de procesamiento de señales analógicas completa el procesamiento de la señal recopilada por el fotodiodo, incluidas las funciones de conversión de señal, muestreo y retención, amplificación, filtrado y compensación. Dado que la señal emitida por el fotodiodo es una señal de corriente, debe convertirse en una señal de voltaje antes de que pueda ser procesada por el circuito subsiguiente. Además, el fotodiodo funciona en un estado de polarización inversa, su resistencia de unión es relativamente grande y la corriente de salida es relativamente pequeña. Por lo tanto, se debe seleccionar un amplificador operacional con una impedancia de entrada más alta como TIA para la conversión I / V.
La salida del circuito de conversión de corriente-voltaje son dos tipos de señales ópticas multiplexadas por división de tiempo. Para separar las dos señales ópticas, se utilizan dos circuitos de muestreo y retención independientes, y el GPIO de RJM8L151 se utiliza para controlar y cambiar el Circuitos de muestreo y retención de dos canales., Y para sincronizar con el pulso de control del pulso de impulsión del LED.
Dado que la señal de CA separada es muy débil, para eliminar el componente de CC y la interferencia de alta frecuencia, se utiliza un filtro de paso de banda en el circuito para procesar las señales de luz roja e infrarroja. El filtro de paso de banda se compone de partes de paso alto y paso bajo. La parte de paso alto utiliza una red de filtro RC para filtrar el componente de CC, y su frecuencia de corte se establece en 0,23 Hz. La parte de paso bajo utiliza un circuito de filtro de paso bajo de segundo orden con una frecuencia de corte de 0,48 Hz.
Ruinajie Electronics ha lanzado la serie RJM8L151 de MCU de energía ultrabaja, que son muy adecuadas para dispositivos terminales IoT que funcionan con baterías. La serie RJM8L151 no solo tiene un rendimiento excelente en el consumo de energía en funcionamiento y en espera, sino que también tiene un ADC de aproximación sucesiva de alta precisión de 12 bits incorporado y un comparador multifunción de 2 canales, que es extremadamente beneficioso para la alta precisión y detección en tiempo real de sensores de señales débiles. Las ricas interfaces periféricas de RJM8L151 hacen que sea más conveniente expandir varios módulos de comunicación y módulos funcionales. RJM8L151 se basa en el núcleo de CPU de la arquitectura Harvard mejorada y el sistema de instrucción de canalización de múltiples etapas. El rendimiento de procesamiento de la misma frecuencia de reloj es 3 veces mayor que el del 8051 tradicional. Adopta el entorno de desarrollo integrado Keil uVision o IAR para desarrollar y depurar código de aplicación .
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Diagrama de bloques de hardware de MCU serie RJM8L151
Características de la solución de oxímetro de pinza de dedo electrónico Renajie:
1. El rango de voltaje de funcionamiento normal de RJM8L151 es de 1,62 V a 5,5 V, que es muy adecuado para la fuente de alimentación directa de 2 y 3 baterías secas, eliminando la necesidad de circuitos LDO adicionales. Además, la corriente de reserva de RJM8L151 es tan baja como 0.5uA, que puede mantener el RTC interno normal.Tiempo, mientras mantiene los datos de SRAM sin cambios, este rendimiento puede reducir en gran medida los requisitos del sistema para la capacidad y el tamaño de la batería.
2. RJM8L151 se despierta de un estado de bajo consumo de energía en menos de 5us, lo que puede realizar un trabajo de ciclo de trabajo bajo de reposo y despertar rápido, lo que a su vez reduce en gran medida el consumo de energía del sistema.
3. RJM8L151 tiene 4 fuentes de reloj: reloj interno de alta velocidad, reloj interno de baja velocidad, reloj externo de alta velocidad y reloj externo de baja velocidad. El módulo de control de reloj de RJM8L151 divide estas fuentes de reloj a través de una configuración flexible para lograr diferentes requisitos de rendimiento y consumo de energía.
4. En términos de circuitos analógicos, RJM8L151 tiene ADC de aproximación sucesiva de 12 bits de 7 canales, tasa de conversión de muestreo de hasta 1MSPS y admite entrada de voltaje de referencia externa.
5. RJM8L151 ha diseñado una gran cantidad de módulos de temporización, incluidos dos temporizadores básicos de 16 bits y un temporizador de uso general de 16 bits que admite funciones de captura de entrada / comparación de salida / salida PWM.
06, Ying Ruien
La función del conmutador analógico RS2105 es principalmente cambiar entre luces LED rojas e infrarrojas, que son multiplexadas y moduladas en tiempo compartido con una determinada frecuencia. Esto requiere un chip de amplificador operacional (como RS321) para cooperar con el DAC interno del microcontrolador para generar una señal de salida de corriente constante, porque si la lámpara LED debe funcionar a una corriente constante para obtener una longitud de onda relativamente estable, su corriente de emisión por lo general, necesita alcanzar decenas de miliamperios. Por lo tanto, se requiere que la resistencia de encendido del interruptor analógico sea ≤1 Ω, y la resistencia de encendido del interruptor analógico RS2105 utilizado en esta solución sea de 0,6 Ω.
JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ Ying Ruien diagrama de principio del oxímetro de pinza de dedo para el hogar
En el extremo de recepción fotosensible, el amplificador operacional RS622 se utiliza para lograr la conversión fotoeléctrica, lo que requiere que la corriente de polarización de entrada Ib del amplificador operacional esté en el nivel pA. Además, el ancho de banda del amplificador operacional debe estar por encima de 5MHz para cumplir con la respuesta rápida La serie de amplificadores operacionales de bajo ruido puede mejorar mejor la resolución del sistema. En cuanto a la topología de la fuente de alimentación, una es usar dos baterías secas (3V) y luego aumentar a 5V y luego reducir para cada circuito del sistema. La otra tiene una batería de litio que se puede recargar y usar. El bajo consumo de energía LDORS3236 es adecuado para ambos sistemas topológicos A.
07, tecnología ZLG Ligong
El control principal adopta la serie HC32L de Huada Semiconductor, el chip adopta el núcleo Cortex M0 +, el rango de frecuencia principal es 32 ~ 256K Flash, 4 ~ 32K RAM, el rango de la fuente de alimentación es 1.8 ~ 5.5V, y la corriente es solo 0.5 uA en el caso de sueño profundo, que puede extender la vida útil de la batería, por lo que es muy adecuado para aplicaciones de productos portátiles.
KKKKKKKKKKKKKKKKKKK ZLG Solución de monitorización de oxímetro portátil con tecnología Ligong
El módulo Bluetooth actúa como un puente de comunicación entre la MCU y el teléfono móvil, y transmite los datos recopilados por la MCU al teléfono móvil.