額温度ガンを引き継ぐ！人気のある酸素濃度計が発火するチップソリューションはどれですか？
額の温度計や人工呼吸器などの医療製品に続いて、世界的な大流行の継続的な発酵の影響を受けて、血液酸素濃度計の需要も爆発的に増加しています。血中酸素飽和度はこの新しい冠状動脈性肺炎の重要な診断指標の1つであるため、血中酸素飽和度を測定できる酸素濃度計の需要は、3〜5倍の短期的な増加の到来を告げるでしょう。同時に、一部の業界関係者は、流行後、医療用血中酸素モニタリング機器の需要は今後数年間で大幅に増加し続けると予想され、成長率は25％から30の間でとどまると予想されます。 ％。
酸素濃度計の原理
一般的に、酸素濃度計は2つのカテゴリに分類できます。1つは病院で使用される院内機器で、一般にバイタルサインモニターに統合されて血中酸素プローブを介して血中酸素データを取得します。もう1つは病院外で使用されます。小さなフィンガークリップ酸素濃度計は、数秒間、指で直接血中酸素濃度データを検出できます。
オキシメータは通常、マイクロプロセッサ、メモリ（EPROMおよびRAM）、LEDを制御する2つのデジタル-アナログコンバータ、フォトダイオードが受信した信号をフィルタリングおよび増幅し、受信信号をデジタル化してマイクロプロセッサに提供するデバイスで構成されます。アナログ-デジタルコンバーターやその他のデバイスで構成されており、LEDとフォトダイオードは、患者の指先や耳たぶに接触する小さなプローブに配置されます。それらの中で、パルスオキシメータは一般に小さな液晶ディスプレイも含んでいます。
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAオキシメータ
酸素濃度計の主な測定指標は、脈拍数、血中酸素飽和度、および灌流指数（PI）です。例として小指クリップオキシメータを取り上げます。原理は次のとおりです。赤色LED（660nm）と赤外線LED（910nm）を順番に駆動することにより、青い線は、ヘモグロビンに酸素分子が含まれていない場合、受信チューブが誘導曲線では、還元ヘモグロビンは660nmの赤色光を比較的強く吸収しますが、910nmの赤外光の吸収長は比較的弱いことがグラフからわかります。赤い線は、受信管が酸素化ヘモグロビンに反応したときの、酸素分子によるヘモグロビンと赤血球の誘導曲線を表しています。図から、660nmの赤色光の吸収は比較的弱く、910nmの赤外線の吸収は比較的弱いことがわかります。比較的強いです。
血中酸素測定、還元ヘモグロビン、酸素化ヘモグロビンでは、波長の異なる2種類の光吸収の違いを検出することで、測定データの違いが血中酸素飽和度を測定するための最も基本的なデータになります。血中酸素飽和度テストでは、実際には、660nmと910nmの2つの最も一般的な波長は、2つの波長に加えて、より高い精度を達成するために、最大8つの波長があります。主な理由は、ヘモグロビンの減少オキシヘモグロビンに加えて、他のヘモグロビンがあります。私たちはしばしばカルボキシヘモグロビンを目にします。波長が長いほど、酸素計の精度が高くなります。
オキシメータチップ設計スキームのインベントリ
酸素濃度計市場をよりよく理解するために、編集者は読者向けに市場に出回っている主流の酸素濃度計チップ設計スキームをまとめました（欠陥がある場合は、追加を歓迎します）。
01、ルネサスエレクトロニクス
ルネサスエレクトロニクスのパルスオキシメータソリューションは、高度に統合されたセンサーモジュールOB1203と高精度のアナログRA2A1 MCUを備えており、ハンドヘルドパルスオキシメータのアプリケーション特性に最適化され、パフォーマンスと消費電力の完璧なバランスを実現します。ルネサスエレクトロニクスRA2A1MCUは、ソリューションの信号調整および測定シミュレーション機能の完全なセットを提供します。そのアナログ機能には、16ビットSAR ADC、24ビットシグマデルタADC、コンパレータ、オペアンプ、およびDACが含まれます。このシステムは、16ビットADC、オペアンプ、PWMを組み合わせたリチウム電池充電システムを使用しています。
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBルネサス電子酸素濃度計ソリューション
同時に、ルネサスエレクトロニクスのパルスオキシメータソリューションは、シングルセルのリチウム電子USB充電設計を使用しています。RA2A1ARMマイクロプロセッサの強力なアナログ機能により、リチウムイオンバッテリのUSB充電を必要とせずに簡単に実現できます。追加のコンポーネント。システム内の電圧と電流をリアルタイムで監視でき、必要に応じて充電方法を調整できます。
ルネサスの酸素濃度計ソリューションを搭載した高度に統合されたセンサーOB1203は、業界最小の光学バイオセンサーモジュールです。反射型フォトプレチスモグラフィー用の完全に統合されたバイオセンサーを備えています。心拍数と血中酸素飽和度は、適切なアルゴリズムによって決定できます。（SpO2）、呼吸数と心拍数の変動。 OB1203は、光源とドライバーを単一の光学最適化パッケージに統合します。メインマイクロコントローラRA2A1は、IIC通信を介してPPGデータを直接取得できます。
同時に、このソリューションは、指に触れることなく10秒後に自動的に電源が切れる低電力設計も提供します。RA2A1MCUとバイオセンサーモジュールOB1203の低電力機能により、システム全体の消費電力はさらに最適化。
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCルネサス電子酸素濃度計ソリューション
ルネサスの電子酸素濃度計ソリューションの特徴：
1.シングルバッテリーLi-ionUSB充電•Li-ionバッテリーUSB充電の簡単な実現•電圧と電流のリアルタイム監視
2.低電力システム•低電力MCURA2A1、低電力バイオセンサーモジュールOB1203•指なしで10秒後に自動的に電源を遮断します
3.制御が簡単•OB1203およびOLEDとのI2C通信•接近すると、新しいPPGデータを生成し、FIFOがいっぱいになると、OB1203が割り込みをトリガーします•ADおよびPWMがバッテリー充電を制御します
4.測定範囲•血中酸素飽和度：70％〜100％•脈拍：25bpm〜200bpm
02、テキサスインスツルメンツ
TexasInstrumentsパルスオキシメータソリューションのAC / DCアダプタサブシステムは、AC電源ラインを絶縁された安定化DC出力に変換します。センサーフロントエンドサブシステムは、赤/ IR誘導を駆動し、フォトダイオード入力をバッファリングされた取得済みに変換します。システムプロセッサがそれを処理できること。
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD TexasInstrumentsパルスオキシメータソリューション
Texas Instrumentsパルスオキシメータソリューションの機能：
1.統合されたLEDドライバーとフォトダイオード信号調整回路は、高精度で光吸収を検出できるため、設計が簡素化され、最終製品が小さなフォームファクターを維持するのに役立ちます。
2.高効率の電力管理ソリューションは、バッテリーの寿命を延ばすのに役立ち、それによってユーザーがバッテリーを交換または再充電する頻度を減らします。
3.センサー測定値を処理し、酸素飽和度と心拍数を計算できる低電力マイクロコントローラー。
03、NXP
NXPは、ポータブルパルスオキシメータに適したLCDディスプレイをサポートし、患者の血液中の酸素含有量を追跡できる超低電力MCUを提供します。
これらのデバイスは、血液中の酸素飽和ヘモグロビンの割合を監視するための簡単な非侵襲的方法を提供します。 LCDディスプレイには、血中酸素飽和度と心拍数が表示されます。
パルスオキシメータは、スタンドアロンのポータブルデバイスとして、または大規模な患者監視システムの一部として使用できます。
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEENXPパルスオキシメータ
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFNXPパルスオキシメータサポートデバイス
04、ADI
ADIは、パルスオキシメータ設計用の高性能リニア、ミックスドシグナル、MEMS、およびデジタル信号処理技術の完全な範囲を提供します。
GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGADIパルスオキシメータの設計スキーム
パルスオキシメータには、送信パス、受信パス、ディスプレイとバックライト、データインターフェイス、オーディオアラームが含まれます。発光経路には、赤色光LED、赤外光LED、およびLEDの駆動に使用されるDACが含まれます。受信パスには、フォトダイオードセンサー、信号調整、アナログ-デジタルコンバーター、およびプロセッサーが含まれます。
パルスオキシメータシステムの設計上の考慮事項と主な課題：
パルスオキシメータシステムを設計するときは、低血液灌流、運動と皮膚の湿度、迷光干渉、カルボキシヘモグロビン、メトヘモグロビン干渉など、多くの問題を解決する必要があります。
1.低血液灌流（小信号レベル）。フォトダイオードの測定では、パルスイベントをキャプチャするために、広いダイナミックレンジと低いノイズゲインを備えた信号調整が必要です。送信パスと受信パスには、高解像度DACを備えた高品質で低ノイズのLEDドライバ回路と、高解像度ADCを備えた高精度アナログフロントエンド回路が必要です。
2.運動と皮膚の湿度。モーションはアーティファクトを引き起こしますが、これはソフトウェアアルゴリズムで解決できるか、ADXL345などの加速度計を使用してアーティファクトを検出して解決します。
3.迷光干渉。フォトダイオードを使用して赤色光と赤外光に応答します。周囲光によって簡単に干渉されます。したがって、赤色光と赤外光のターゲット信号をフィルターで除去するために使用されるアルゴリズムは非常に重要です。これは、信号処理がより複雑になることを意味します。この場合、より高い信号処理能力を備えたDSPを使用する必要があります。
4.カルボキシヘモグロビンとメトヘモグロビン。一酸化炭素（CO）はヘモグロビンに容易に結合し、血液を赤いHbO2のようにし、人工的に高いSpO2値をもたらします。ヘムベースの鉄は異常な状態にあり、酸素を運ぶことができず（Fe +2ではなくFe + 3）、ヘモグロビンが減少し、SpO2の読み取り値が誤って低くなります。より多くの波長を使用すると精度を向上させることができますが、これにはより高性能のデジタル処理DSPが必要であり、処理時間が重要です。
05、レナジーエレクトロニクス
Renaje Electronicsは、時分割多重を使用してフォトダイオードを駆動し、2つのLEDを定期的に点灯して、同じ伝送パス上の2つの光信号を検出します。 2つの独立した信号を同時に取得するために、LED駆動パルスに同期した制御信号を使用して保持回路の使用を制御し、信号分離を実現し、それぞれ赤外線と赤色光の2つの信号を取得します。 LEDドライブタイミングパルスとサンプルアンドホールド回路スイッチングタイミングパルスは、RJM8L151のGPIOによって提供されます。
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHフィンガークリップパルスオキシメータスキーム
アナログ信号処理ユニットは、信号変換、サンプルアンドホールド、増幅、フィルタリング、および補償の機能を含む、フォトダイオードによって収集された信号の処理を完了します。フォトダイオードから出力される信号は電流信号であるため、後続の回路で処理する前に電圧信号に変換する必要があります。さらに、フォトダイオードは逆バイアス状態で動作し、その接合抵抗は比較的大きく、出力電流は比較的小さい。したがって、I / V変換のTIAとして入力インピーダンスの高いオペアンプを選択する必要があります。
電流-電圧変換回路の出力は、2種類の光時分割多重信号です.2つの光信号を分離するために、2つの独立したサンプルアンドホールド回路を使用し、RJM8L151のGPIOを使用して2チャンネルのサンプルアンドホールド回路。、およびLED駆動パルスの制御パルスと同期します。
分離されたAC信号は非常に弱いため、DC成分と高周波干渉を排除するために、回路でバンドパスフィルターを使用して赤色光と赤外線信号を処理します。バンドパスフィルターは、ハイパス部分とローパス部分で構成されており、ハイパス部分はRCフィルターネットワークを使用してDC成分をフィルターで除去し、カットオフ周波数は0.23Hzに設定されています。ローパス部分は、カットオフ周波数0.48Hzの2次ローパスフィルター回路を使用しています。
Ruinajie Electronicsは、バッテリー駆動のIoT端末デバイスに非常に適した超低電力MCUのRJM8L151シリーズを発売しました。 RJM8L151シリーズは、実行時および待機時の消費電力に優れているだけでなく、12ビットの高精度逐次比較型ADCと2チャンネル多機能コンパレータを内蔵しており、高精度に非常に役立ちます。弱信号センサーのリアルタイム検出。 RJM8L151の豊富な周辺機器インターフェースにより、さまざまな通信モジュールや機能モジュールを拡張するのがより便利になります。 RJM8L151は、強化されたハーバードアーキテクチャのCPUコアとマルチステージパイプライン命令システムに基づいています。同じクロック周波数の処理パフォーマンスは、従来の8051の3倍です。KeiluVisionまたはIAR統合開発環境を採用してアプリケーションコードを開発およびデバッグします。 。
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIRJM8L151シリーズMCUハードウェアブロック図
Renajie電子フィンガークリップ酸素濃度計ソリューションの機能：
1. RJM8L151の通常の動作電圧範囲は1.62V〜5.5Vであり、2個および3個の乾電池の直接電源供給に非常に適しており、追加のLDO回路が不要です。さらに、RJM8L151のスタンバイ電流は同じくらい低いです。 0.5uAとして、通常の内部RTCを維持できます。タイミング、SRAMデータを変更せずに、このパフォーマンスにより、システムのバッテリ容量とサイズの要件を大幅に削減できます。
2. RJM8L151は、5us未満で低電力状態からウェイクアップします。これにより、高速スリープとウェイクアップの低デューティサイクル作業を実現でき、システムの消費電力を大幅に削減できます。
3. RJM8L151には、内部高速クロック、内部低速クロック、外部高速クロック、および外部低速クロックの4つのクロックソースがあります。 RJM8L151のクロック制御モジュールは、これらのクロックソースを柔軟な構成で分割し、さまざまな消費電力とパフォーマンス要件を実現します。
4.アナログ回路に関しては、RJM8L151は7チャンネル12ビット逐次比較ADCを備え、最大1MSPSのサンプリング変換率を持ち、外部基準電圧入力をサポートします。
5. RJM8L151は、2つの16ビット基本タイマーと、入力キャプチャ/出力比較/ PWM出力機能をサポートする1​​6ビット汎用タイマーを含む豊富なタイミングモジュールを設計しました。
06、Ying Ruien
アナログスイッチRS2105の役割は、主に、特定の周波数で多重化および変調されたタイムシェアリングである赤色LEDと赤外線LEDライトを切り替えることです。これには、オペアンプチップ（RS321など）がマイクロコントローラーの内部DACと連携して定電流出力信号を生成する必要があります。これは、LEDランプが定電流で動作して比較的安定した波長を取得する場合、その放出電流が発生するためです。通常、数十ミリアンペアに達する必要があるため、アナログスイッチのオン抵抗は1Ω以下である必要があり、このソリューションで使用されるRS2105アナログスイッチのオン抵抗は0.6Ωです。
JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ YingRuien家庭用フィンガークリップ酸素濃度計の原理図
感光性の受信端では、オペアンプRS622を使用して光電変換を実現します。これには、オペアンプの入力バイアス電流IbがpAレベルである必要があります。さらに、オペアンプの帯域幅は5MHz以上である必要があります。オペアンプの低ノイズシリーズは、システムの分解能を向上させることができます。電源トポロジーに関しては、1つは2つの乾電池（3V）を使用し、次に5Vにブーストしてから、システムの各回路で降圧することです。もう1つは、再充電して使用できるリチウム電池を備えています。低消費電力LDORS3236は、これらのAトポロジーシステムの両方に適しています。
07、ZLGLigongテクノロジー
メインコントロールはHuadaSemiconductorのHC32Lシリーズを採用し、チップはCortex M0 +コアを採用し、メイン周波数範囲は32〜256Kフラッシュ、4〜32K RAM、電源範囲は1.8〜5.5V、電流はわずか0.5です。 uAディープスリープの場合、バッテリーの耐用年数を延ばすことができるため、ポータブル製品のアプリケーションに非常に適しています。
KKKKKKKKKKKKKKKKKKKK ZLG LigongTechnologyポータブル酸素濃度計モニタリングソリューション
Bluetoothモジュールは、MCUと携帯電話の間の通信ブリッジとして機能し、MCUによって収集されたデータを携帯電話に送信します。