Prendi il controllo della temperatura della fronte! Quali soluzioni di chip daranno fuoco al popolare ossimetro?
Colpita dalla continua fermentazione dell'epidemia globale, a seguito di prodotti medici come termometri frontali e ventilatori, anche la domanda di ossimetri del sangue ha visto una crescita esplosiva. Poiché la saturazione di ossigeno nel sangue è uno degli importanti indicatori diagnostici di questa nuova polmonite coronarica, la richiesta di ossimetri in grado di misurare la saturazione di ossigeno nel sangue introdurrà un aumento a breve termine di 3-5 volte. Allo stesso tempo, alcuni addetti ai lavori del settore ritengono che dopo l'epidemia, si prevede che la domanda di apparecchiature mediche per il monitoraggio dell'ossigeno nel sangue continuerà a crescere in modo sostanziale nei prossimi anni e il tasso di crescita dovrebbe rimanere tra il 25% e il 30 %.
Principio dell'ossimetro
In generale, gli ossimetri possono essere suddivisi in due categorie: una è l'attrezzatura ospedaliera utilizzata in ospedale, che è generalmente integrata sul monitor dei segni vitali per ottenere i dati dell'ossigeno nel sangue attraverso la sonda dell'ossigeno nel sangue; l'altra è utilizzata all'esterno dell'ospedale L'ossimetro a clip da dito piccolo può rilevare i dati dell'ossigeno nel sangue direttamente sul dito per alcuni secondi.
Il saturimetro è generalmente costituito da un microprocessore, memoria (EPROM e RAM), due convertitori digitale-analogico che controllano i LED, un dispositivo che filtra e amplifica il segnale ricevuto dal fotodiodo e digitalizza il segnale ricevuto per fornirlo al microprocessore È composto da convertitori analogico-digitali e altri dispositivi, LED e fotodiodi sono inseriti in piccole sonde a contatto con la punta delle dita o con i lobi delle orecchie del paziente. Tra questi, il pulsossimetro generalmente include anche un piccolo display a cristalli liquidi.
Ossimetro AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
I principali indicatori di misurazione dell'ossimetro sono la frequenza del polso, la saturazione di ossigeno nel sangue e l'indice di perfusione (PI). Prendiamo come esempio un ossimetro a clip da dito piccolo. Il principio è: azionando un LED rosso (660 nm) e un LED a infrarossi (910 nm), la linea blu indica che quando l'emoglobina non contiene molecole di ossigeno, il tubo ricevente lo farà ridurre l'emoglobina Nella curva di induzione, si può vedere dal grafico che l'emoglobina ridotta ha un assorbimento relativamente forte di 660 nm di luce rossa, mentre la lunghezza di assorbimento della luce infrarossa a 910 nm è relativamente debole. La linea rossa rappresenta la curva di induzione dell'emoglobina e dei globuli rossi con molecole di ossigeno quando il tubo ricevente risponde all'emoglobina ossigenata. Si può vedere dalla figura che l'assorbimento della luce rossa a 660 nm è relativamente debole e l'assorbimento della luce infrarossa a 910 nm è relativamente forte.
Nella misurazione dell'ossigeno nel sangue, dell'emoglobina ridotta e dell'emoglobina ossigenata, rilevando la differenza tra i due tipi di assorbimento della luce di diverse lunghezze d'onda, la differenza dei dati misurati è il dato più basilare per misurare la saturazione dell'ossigeno nel sangue. Nel test dell'ossigeno nel sangue, le due lunghezze d'onda più comuni di 660nm e 910nm, infatti, per ottenere una maggiore precisione, oltre alle due lunghezze d'onda, ci sono anche fino a 8 lunghezze d'onda. Il motivo principale è che l'emoglobina umana oltre a riduzione dell'emoglobina Oltre all'ossiemoglobina, ci sono altre emoglobine. Spesso vediamo carbossiemoglobina. Maggiore è la lunghezza d'onda, maggiore è l'accuratezza del saturimetro.
Inventario degli schemi di progettazione del chip per ossimetro
Al fine di comprendere meglio il mercato dell'ossimetro, l'editor ha compilato i principali schemi di progettazione dei chip dell'ossimetro sul mercato per i lettori (se ci sono carenze, aggiungeremo il benvenuto).
01, Renesas Electronics
La soluzione per ossimetro Renesas Electronics è dotata di un modulo sensore OB1203 altamente integrato e di un MCU RA2A1 analogico ad alta precisione, ottimizzato per le caratteristiche applicative degli ossimetri portatili e raggiunge un perfetto equilibrio tra prestazioni e consumo energetico. Renesas Electronics RA2A1 MCU fornisce una serie completa di funzioni di condizionamento del segnale e simulazione di misura per la soluzione.Le sue funzioni analogiche includono ADC SAR a 16 bit, ADC Sigma-Delta a 24 bit, comparatore, amplificatore operazionale e DAC. Il sistema utilizza un sistema di ricarica della batteria al litio che combina ADC a 16 bit, amplificatore operazionale e PWM.
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB Soluzione per ossimetro elettronico Renesas
Allo stesso tempo, la soluzione del saturimetro Renesas Electronics utilizza un design di ricarica USB elettronica al litio a cella singola. Con la potente funzione analogica del microcontrollore ARM RA2A1, può semplicemente realizzare la ricarica USB della batteria agli ioni di litio senza la necessità di Componenti aggiuntivi. La tensione e la corrente all'interno del sistema possono essere monitorate in tempo reale e il metodo di ricarica può essere regolato secondo necessità.
Il sensore OB1203 altamente integrato dotato della soluzione ossimetro Renesas è il più piccolo modulo biosensore ottico del settore. Dispone di un biosensore completamente integrato per la fotopletismografia riflettente. La frequenza cardiaca e la saturazione di ossigeno nel sangue possono essere determinate tramite algoritmi appropriati. (SpO2), frequenza respiratoria e la variabilità della frequenza cardiaca. OB1203 integra la sorgente luminosa e il driver in un unico pacchetto di ottimizzazione ottica. Il microcontrollore principale RA2A1 può ottenere direttamente i dati PPG tramite comunicazione IIC.
Allo stesso tempo, la soluzione fornisce anche un design a basso consumo che si spegne automaticamente dopo 10 secondi senza contatto con le dita. Con le caratteristiche a basso consumo dell'MCU RA2A1 e del modulo biosensore OB1203, il consumo energetico dell'intero sistema è stato ridotto. ulteriormente ottimizzato.
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC Soluzione per ossimetro elettronico Renesas
Caratteristiche della soluzione per ossimetro elettronico Renesas:
1. Ricarica USB a batteria singola agli ioni di litio • Realizzazione semplice della ricarica USB a batteria agli ioni di litio • Monitoraggio in tempo reale di tensione e corrente
2. Sistema a bassa potenza • MCU RA2A1 a bassa potenza, modulo biosensore a bassa potenza OB1203 • Spegne automaticamente l'alimentazione dopo 10 secondi senza un dito
3. Facile da controllare • Comunicazione I2C con OB1203 e OLED • Quando ci si avvicina, si generano nuovi dati PPG e FIFO è pieno, OB1203 attiva un interrupt • Carica della batteria di controllo AD e PWM
4. Intervallo di misurazione • Saturazione dell'ossigeno nel sangue: 70% ~ 100% • Polso: 25 bpm ~ 200 bpm
02, Texas Instruments
Il sottosistema adattatore CA / CC della soluzione del pulsossimetro Texas Instruments converte la linea di alimentazione CA in un'uscita CC regolata isolata; il sottosistema front-end del sensore pilota il LED rosso / IR e converte l'ingresso del fotodiodo in un che il processore di sistema possa elaborarlo.
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Soluzione per pulsossimetro Texas Instruments
Caratteristiche della soluzione per pulsossimetro Texas Instruments:
1. Il driver LED integrato e il circuito di condizionamento del segnale del fotodiodo possono rilevare l'assorbimento della luce con un alto grado di precisione, semplificando così la progettazione e aiutando il prodotto finale a mantenere un fattore di forma ridotto.
2. Le soluzioni di gestione dell'alimentazione ad alta efficienza aiutano a prolungare la durata della batteria, riducendo così la frequenza con cui gli utenti sostituiscono o ricaricano la batteria.
3. Un microcontrollore a bassa potenza, in grado di elaborare le misurazioni del sensore e calcolare la saturazione di ossigeno e la frequenza cardiaca.
03, NXP
NXP fornisce MCU a bassissima potenza che supportano display LCD, adatti per pulsossimetri portatili e possono monitorare il contenuto di ossigeno nel sangue del paziente.
Questi dispositivi forniscono un semplice metodo non invasivo per il monitoraggio della percentuale di emoglobina saturata di ossigeno nel sangue. Il display LCD mostrerà la saturazione dell'ossigeno nel sangue e la frequenza cardiaca.
Il pulsossimetro può essere utilizzato come dispositivo portatile autonomo o come parte di un ampio sistema di monitoraggio del paziente.
Ossimetro da polso EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE NXP
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF Dispositivo di supporto del pulsossimetro NXP
04, ADI
ADI fornisce una gamma completa di tecnologie di elaborazione del segnale lineare, misto, MEMS e digitale ad alte prestazioni per la progettazione del pulsossimetro.
Schema di progettazione del pulsossimetro GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGADI
Il pulsossimetro include percorso di trasmissione, percorso di ricezione, display e retroilluminazione, interfaccia dati e allarme audio. Il percorso di emissione include LED a luce rossa, LED a luce infrarossa e DAC utilizzati per pilotare il LED. Il percorso di ricezione include sensori a fotodiodi, condizionamento del segnale, convertitori analogico-digitali e processori.
Considerazioni di progettazione e principali sfide del sistema pulsossimetro:
Quando si progetta un sistema di pulsossimetro, è necessario risolvere molti problemi, come la bassa perfusione sanguigna, l'esercizio fisico e l'umidità della pelle, l'interferenza della luce diffusa, l'interferenza della carbossiemoglobina e della metaemoglobina.
1. Bassa perfusione sanguigna (livello di segnale basso). Le misurazioni dei fotodiodi richiedono un condizionamento del segnale con un'ampia gamma dinamica e un basso guadagno di rumore per catturare gli eventi di impulso. I percorsi di trasmissione e ricezione richiedono circuiti driver LED di alta qualità e basso rumore con DAC ad alta risoluzione e circuiti front-end analogici ad alta precisione con ADC ad alta risoluzione.
2. Esercizio e umidità della pelle. Il movimento causerà artefatti, che possono essere risolti da algoritmi software o utilizzare accelerometri come ADXL345 per rilevarli e risolverli.
3. Interferenza della luce dispersa. Usa i fotodiodi per rispondere alla luce rossa e alla luce infrarossa, è facilmente interferito dalla luce ambientale. Pertanto, l'algoritmo utilizzato per filtrare i segnali target della luce rossa e della luce infrarossa è molto importante, il che significa che l'elaborazione del segnale è più complicata. In questo caso, è necessario utilizzare un DSP con capacità di elaborazione del segnale più elevate.
4. Carbossiemoglobina e metaemoglobina. Il monossido di carbonio (CO) si lega facilmente all'emoglobina, rendendo il sangue più simile all'HbO2 rosso, determinando un valore di SpO2 artificialmente alto. Il ferro nella base dell'eme è in uno stato anormale e non può trasportare ossigeno (Fe + 3 invece di Fe + 2), con conseguente diminuzione dell'emoglobina e una lettura di SpO2 falsamente bassa. L'uso di più lunghezze d'onda può migliorare la precisione, ma ciò richiede un DSP di elaborazione digitale a prestazioni più elevate e il tempo di elaborazione è fondamentale.
05, Renajie Electronics
Renaje Electronics utilizza il multiplexing a divisione di tempo per pilotare i fotodiodi e accendere periodicamente due LED per rilevare due segnali ottici sullo stesso percorso di trasmissione. Per ottenere due segnali indipendenti, allo stesso tempo, un segnale di controllo sincronizzato con l'impulso di pilotaggio del LED viene utilizzato per controllare l'uso di un circuito di mantenimento per realizzare la separazione dei segnali, e si ottengono rispettivamente due segnali di luce infrarossa e luce rossa. Gli impulsi di temporizzazione dell'unità LED e gli impulsi di temporizzazione della commutazione del circuito di campionamento e mantenimento sono forniti dal GPIO di RJM8L151.
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH Schema del pulsossimetro con clip da dito
L'unità di elaborazione del segnale analogico completa l'elaborazione del segnale raccolto dal fotodiodo, comprese le funzioni di conversione del segnale, sample and hold, amplificazione, filtraggio e compensazione. Poiché il segnale in uscita dal fotodiodo è un segnale di corrente, deve essere convertito in un segnale di tensione prima di poter essere elaborato dal circuito successivo. Inoltre, il fotodiodo funziona in uno stato di polarizzazione inversa e la sua resistenza di giunzione è relativamente grande e la corrente di uscita è relativamente piccola. Pertanto, un amplificatore operazionale con un'impedenza di ingresso maggiore dovrebbe essere selezionato come TIA per la conversione I / V.
L'uscita del circuito di conversione corrente-tensione è costituita da due tipi di segnali ottici multiplex a divisione di tempo. Per separare i due segnali ottici, vengono utilizzati due circuiti di campionamento e mantenimento indipendenti e il GPIO di RJM8L151 viene utilizzato per controllare e commutare il circuiti di campionamento e mantenimento a due canali., E da sincronizzare con l'impulso di controllo dell'impulso di azionamento LED.
Poiché il segnale CA separato è molto debole, al fine di eliminare la componente CC e le interferenze ad alta frequenza, nel circuito viene utilizzato un filtro passa-banda per elaborare i segnali a luce rossa e infrarossi. Il filtro passa-banda è composto da parti passa-alto e passa-basso. La parte passa-alto utilizza una rete di filtri RC per filtrare la componente CC e la sua frequenza di taglio è impostata su 0,23 Hz. La parte passa-basso utilizza un circuito di filtro passa-basso del secondo ordine con una frequenza di taglio di 0,48 Hz.
Ruinajie Electronics ha lanciato la serie RJM8L151 di MCU a bassissima potenza, molto adatti per dispositivi terminali IoT alimentati a batteria. La serie RJM8L151 non solo ha prestazioni eccellenti in funzionamento e consumo energetico in standby, ma ha anche un ADC ad approssimazione successiva ad alta precisione a 12 bit integrato e un comparatore multifunzione a 2 canali, che è estremamente vantaggioso per l'alta precisione e rilevamento in tempo reale di sensori di segnale debole. Le ricche interfacce periferiche di RJM8L151 rendono più conveniente espandere vari moduli di comunicazione e moduli funzionali. RJM8L151 si basa sul core CPU con architettura Harvard potenziata e sul sistema di istruzioni pipeline multistadio. Le prestazioni di elaborazione della stessa frequenza di clock sono 3 volte superiori a quelle del tradizionale 8051. Adotta l'ambiente di sviluppo integrato Keil uVision o IAR per sviluppare ed eseguire il debug del codice dell'applicazione .
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII RJM8L151 serie MCU diagramma a blocchi hardware
Caratteristiche della soluzione per ossimetro con clip da dito elettronico Renajie:
1. Il normale intervallo di tensione operativa di RJM8L151 è compreso tra 1,62 V e 5,5 V, che è molto adatto per l'alimentazione diretta di 2 e 3 batterie a secco, eliminando la necessità di circuiti LDO aggiuntivi. Inoltre, la corrente di standby di RJM8L151 è altrettanto bassa come 0,5uA, che può mantenere il normale RTC interno. Timing, pur mantenendo invariati i dati SRAM, queste prestazioni possono ridurre notevolmente i requisiti del sistema per la capacità e le dimensioni della batteria.
2. RJM8L151 si risveglia da uno stato di basso consumo in meno di 5 us, il che può realizzare un sonno veloce e un lavoro a ciclo ridotto di riattivazione, che a sua volta riduce notevolmente il consumo energetico del sistema.
3. RJM8L151 ha 4 sorgenti di clock: clock interno ad alta velocità, clock interno a bassa velocità, clock esterno ad alta velocità e clock esterno a bassa velocità. Il modulo di controllo del clock di RJM8L151 divide queste sorgenti di clock attraverso una configurazione flessibile per ottenere diversi requisiti di consumo energetico e prestazioni.
4. In termini di circuiti analogici, RJM8L151 ha un ADC ad approssimazione successiva a 12 bit a 7 canali, velocità di conversione del campionamento fino a 1 MSPS e supporta l'ingresso di tensione di riferimento esterno.
5. RJM8L151 ha progettato una vasta gamma di moduli di temporizzazione, inclusi due timer di base a 16 bit e un timer generico a 16 bit che supporta le funzioni di acquisizione di input / confronto output / output PWM.
06, Ying Ruien
Il ruolo dell'interruttore analogico RS2105 è principalmente quello di passare dal LED rosso alle luci LED a infrarossi, che sono multiplexate a condivisione del tempo e modulate con una certa frequenza. Ciò richiede un chip operazionale (come RS321) per cooperare con il DAC interno del microcontrollore per generare un segnale di uscita a corrente costante, perché se la lampada a LED deve funzionare a una corrente costante per ottenere una lunghezza d'onda relativamente stabile, la sua corrente di emissione di solito deve raggiungere decine di milliampere, pertanto è necessario che la resistenza di attivazione dell'interruttore analogico sia ≤ 1 Ω e che la resistenza di attivazione dell'interruttore analogico RS2105 utilizzato in questa soluzione sia 0,6 Ω.
JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ Ying Ruien schema del principio dell'ossimetro con clip da dito per uso domestico
All'estremità ricevente fotosensibile, l'amplificatore operazionale RS622 viene utilizzato per ottenere la conversione fotoelettrica, che richiede che la corrente di polarizzazione in ingresso Ib dell'amplificatore operazionale sia a livello pA. Inoltre, la larghezza di banda dell'amplificatore operazionale deve essere superiore a 5 MHz per soddisfare la risposta veloce.La serie a basso rumore di amplificatori operazionali può migliorare meglio la risoluzione del sistema. In termini di topologia di alimentazione, una è quella di utilizzare due batterie a secco (3V) e quindi boost a 5V e quindi scendere per ogni circuito del sistema. L'altra ha una batteria al litio che può essere ricaricata e utilizzata. Il basso consumo energetico LDORS3236 è adatto per entrambi questi Un sistema topologico.
07, tecnologia ZLG Ligong
Il controllo principale adotta la serie HC32L di Huada Semiconductor, il chip adotta il core Cortex M0 +, la gamma di frequenza principale è 32 ~ 256K Flash, 4 ~ 32K RAM, la gamma di alimentazione è 1,8 ~ 5,5 V e la corrente è solo 0,5 uA in caso di sonno profondo, che può prolungare la durata della batteria, quindi è molto adatto per applicazioni con prodotti portatili.
KKKKKKKKKKKKKKKKKKKK ZLG Ligong Technology soluzione portatile per il monitoraggio dell'ossimetro
Il modulo Bluetooth funge da ponte di comunicazione tra l'MCU e il telefono cellulare e trasmette i dati raccolti dall'MCU al telefono cellulare