Возьми на себя термопистолет на лбу! Какие чипы воспламенит популярный оксиметр?
Под влиянием продолжающегося брожения глобальной эпидемии вслед за медицинской продукцией, такой как налобные термометры и аппараты ИВЛ, спрос на оксиметры крови также резко вырос. Поскольку сатурация крови кислородом является одним из важных диагностических показателей этой новой коронарной пневмонии, потребность в оксиметрах, которые могут измерять сатурацию крови кислородом, в краткосрочной перспективе возрастет в 3-5 раз. В то же время некоторые инсайдеры отрасли считают, что после эпидемии ожидается, что спрос на медицинское оборудование для мониторинга кислорода в крови продолжит существенно расти в следующие несколько лет, и темпы роста, как ожидается, сохранятся в пределах 25-30%. %.
Принцип оксиметра
В целом оксиметры можно разделить на две категории. Одна из них - это стационарное оборудование, используемое в больнице, которое обычно интегрируется в монитор показателей жизнедеятельности для получения данных о кислороде крови через датчик кислорода в крови; другая используется за пределами больницы. Оксиметр с зажимом для мизинца может определять данные о кислороде крови прямо на пальце в течение нескольких секунд.
Оксиметр обычно состоит из микропроцессора, памяти (EPROM и RAM), двух цифро-аналоговых преобразователей, управляющих светодиодами, устройства, которое фильтрует и усиливает сигнал, принимаемый фотодиодом, и оцифровывает полученный сигнал для передачи его на микропроцессор. Он состоит из аналого-цифровых преобразователей и других устройств.Светодиоды и фотодиоды размещены в небольших датчиках, которые соприкасаются с кончиками пальцев или мочками ушей пациента. Среди них пульсоксиметр обычно также включает небольшой жидкокристаллический дисплей.
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA оксиметр
Основными показателями измерения оксиметра являются частота пульса, сатурация крови кислородом и индекс перфузии (PI). В качестве примера возьмем небольшой оксиметр с зажимом для пальца. Принцип таков: при включении по очереди красного светодиода (660 нм) и инфракрасного светодиода (910 нм) синяя линия указывает, что, когда гемоглобин не содержит молекул кислорода, приемная трубка будет На индукционной кривой из графика видно, что восстановленный гемоглобин имеет относительно сильное поглощение красного света 660 нм, в то время как длина поглощения инфракрасного света 910 нм относительно мала. Красная линия представляет собой кривую индукции гемоглобина и красных кровяных телец с молекулами кислорода, когда приемная трубка реагирует на оксигенированный гемоглобин. Из рисунка видно, что поглощение красного света 660 нм относительно слабое, а поглощение инфракрасного света 910 нм относительно сильный.
При измерении содержания кислорода в крови, сниженного гемоглобина и оксигенированного гемоглобина путем обнаружения разницы между двумя видами поглощения света с разными длинами волн разница в измеренных данных является наиболее основными данными для измерения насыщения крови кислородом. В кислородном тесте крови две наиболее распространенные длины волн: 660 нм и 910 нм, на самом деле для достижения более высокой точности, помимо двух длин волн, есть даже до 8 длин волн. Основная причина заключается в том, что гемоглобин человека в дополнение к снижение гемоглобина Помимо оксигемоглобина существуют другие гемоглобины. Мы часто видим карбоксигемоглобин. Чем больше длин волн, тем выше точность оксиметра.
Инвентаризация схем конструкции микросхем оксиметра
Чтобы лучше понять рынок оксиметров, редактор собрал основные схемы дизайна микросхем оксиметра, представленные на рынке для читателей (если есть недостатки, добро пожаловать, чтобы добавить).
01, Renesas Electronics
Оксиметр Renesas Electronics оснащен высокоинтегрированным сенсорным модулем OB1203 и высокоточным аналоговым микроконтроллером RA2A1, который оптимизирован для характеристик портативных оксиметров и обеспечивает идеальный баланс между производительностью и потребляемой мощностью. Микроконтроллер Renesas Electronics RA2A1 обеспечивает полный набор функций преобразования сигналов и моделирования измерений для решения. Его аналоговые функции включают 16-битный АЦП последовательного приближения, 24-битный сигма-дельта-АЦП, компаратор, операционный усилитель и ЦАП. В системе используется система зарядки литиевой батареи, которая объединяет 16-битный АЦП, операционный усилитель и ШИМ.
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB Решение электронного оксиметра Renesas
В то же время в оксиметре Renesas Electronics используется одноэлементная литий-электронная USB-зарядка. Благодаря мощной аналоговой функции микроконтроллера RA2A1 ARM можно просто реализовать USB-зарядку литий-ионной батареи без необходимости дополнительные компоненты. Напряжение и ток внутри системы можно контролировать в режиме реального времени, а метод зарядки можно регулировать по мере необходимости.
Высокоинтегрированный датчик OB1203, оснащенный оксиметрическим раствором Renesas, является самым маленьким оптическим биосенсорным модулем в отрасли. Он имеет полностью интегрированный биосенсор для отражающей фотоплетизмографии. Частота сердечных сокращений и насыщение крови кислородом могут быть определены с помощью соответствующих алгоритмов (SpO2), частота дыхания и вариабельность сердечного ритма. OB1203 объединяет источник света и драйвер в единый пакет оптической оптимизации. Главный микроконтроллер RA2A1 может напрямую получать данные PPG через связь IIC.
В то же время решение также обеспечивает конструкцию с низким энергопотреблением, которая автоматически отключается через 10 секунд без контакта с пальцами. Благодаря функциям пониженного энергопотребления микроконтроллера RA2A1 и модуля биосенсора OB1203, энергопотребление всей системы снизилось. дальнейшая оптимизация.
Решение для электронного оксиметра Renesas
Особенности электронного оксиметра Renesas:
1. Литий-ионная USB-зарядка от одной батареи • Простая реализация литий-ионной USB-зарядки • Мониторинг напряжения и тока в реальном времени
2. Система с низким энергопотреблением • Маломощный микроконтроллер RA2A1, маломощный модуль биосенсора OB1203 • Автоматическое отключение питания через 10 секунд без использования пальца.
3. Простота управления • Связь I2C с OB1203 и OLED • При приближении, генерации новых данных PPG и переполнении FIFO OB1203 запускает прерывание • AD и PWM управляют зарядкой батареи
4. Диапазон измерения • Сатурация крови кислородом: 70% ~ 100% • Пульс: 25 ~ 200 ударов в минуту
02, Техасские инструменты
Подсистема адаптера переменного / постоянного тока пульсоксиметра Texas Instruments преобразует линию питания переменного тока в изолированный регулируемый выход постоянного тока; внешняя подсистема датчика управляет красным / ИК-светодиодом и преобразует входной сигнал фотодиода в буферизованный. что системный процессор может его обработать.
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Решение для пульсоксиметра Texas Instruments
Особенности решения пульсоксиметра Texas Instruments:
1. Интегрированный драйвер светодиода и схема преобразования сигнала фотодиода могут обнаруживать поглощение света с высокой степенью точности, тем самым упрощая конструкцию и помогая конечному продукту сохранять малый форм-фактор.
2. Высокоэффективные решения для управления питанием помогают продлить срок службы батареи, тем самым снижая частоту замены или подзарядки батареи пользователями.
3. Микроконтроллер с низким энергопотреблением, который может обрабатывать измерения датчика и вычислять сатурацию кислорода и частоту сердечных сокращений.
03, NXP
NXP предлагает микроконтроллеры со сверхнизким энергопотреблением, которые поддерживают ЖК-дисплеи, подходят для портативных пульсоксиметров и могут отслеживать содержание кислорода в крови пациента.
Эти устройства представляют собой простой неинвазивный метод контроля процентного содержания гемоглобина, насыщенного кислородом, в крови. ЖК-дисплей покажет насыщение крови кислородом и частоту сердечных сокращений.
Пульсоксиметр можно использовать как автономное портативное устройство или как часть большой системы наблюдения за пациентом.
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE Пульсоксиметр NXP
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF Устройство поддержки пульсового оксиметра NXP
04, ADI
ADI предоставляет полный спектр высокопроизводительных технологий линейных, смешанных сигналов, МЭМС и цифровой обработки сигналов для проектирования пульсовых оксиметров.
Схема конструкции пульсового оксиметра GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGADI
Пульсоксиметр включает в себя передающий тракт, приемный тракт, дисплей и подсветку, интерфейс данных и звуковую сигнализацию. Путь излучения включает красный светодиод, инфракрасный светодиод и ЦАП, используемый для управления светодиодами. Приемный тракт включает в себя фотодиодные датчики, преобразователи сигналов, аналого-цифровые преобразователи и процессоры.
Соображения по конструкции и основные проблемы системы пульсоксиметра:
При разработке системы пульсоксиметра необходимо решить многие проблемы, такие как низкая перфузия крови, физические упражнения и влажность кожи, посторонние световые помехи, карбоксигемоглобин и метгемоглобин.
1. Низкая перфузия крови (слабый уровень сигнала). Фотодиодные измерения требуют преобразования сигнала с широким динамическим диапазоном и низким коэффициентом усиления шума для регистрации импульсных событий. Для трактов передачи и приема требуются высококачественные малошумящие схемы драйверов светодиодов с ЦАП с высоким разрешением и высокоточные аналоговые входные схемы с АЦП с высоким разрешением.
2. Физические упражнения и влажность кожи. Движение вызывает артефакты, которые можно устранить с помощью программных алгоритмов или использовать акселерометры, такие как ADXL345, для их обнаружения и устранения.
3. Помехи рассеянного света. Используйте фотодиоды, чтобы реагировать на красный и инфракрасный свет, ему легко мешает окружающий свет. Следовательно, очень важен алгоритм, используемый для фильтрации сигналов цели красного и инфракрасного света, а это означает, что обработка сигналов более сложна. В этом случае вам нужно использовать DSP с более высокими возможностями обработки сигнала.
4. Карбоксигемоглобин и метгемоглобин. Окись углерода (CO) легко связывается с гемоглобином, делая кровь более похожей на красный HbO2, что приводит к искусственно завышенному значению SpO2. Железо в основе гема находится в ненормальном состоянии и не может переносить кислород (Fe + 3 вместо Fe + 2), что приводит к снижению гемоглобина и ложному заниженному показанию SpO2. Использование большего количества длин волн может повысить точность, но для этого требуется высокопроизводительный цифровой сигнальный процессор цифровой обработки, а время обработки имеет решающее значение.
05, Renajie Electronics
Renaje Electronics использует мультиплексирование с временным разделением для управления фотодиодами и периодически зажигает два светодиода для обнаружения двух оптических сигналов на одном и том же пути передачи. Чтобы получить два независимых сигнала одновременно, управляющий сигнал, синхронизированный с импульсом возбуждения светодиода, используется для управления использованием схемы удержания для реализации разделения сигналов, и соответственно получаются два сигнала инфракрасного и красного света. Синхронизирующие импульсы возбуждения светодиода и синхронизирующие импульсы переключения схемы выборки и хранения предоставляются GPIO RJM8L151.
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH Схема импульсного оксиметра с зажимом для пальца
Блок обработки аналогового сигнала завершает обработку сигнала, собираемого фотодиодом, включая функции преобразования сигнала, выборки и удержания, усиления, фильтрации и компенсации. Поскольку выходной сигнал фотодиода является сигналом тока, он должен быть преобразован в сигнал напряжения, прежде чем он может быть обработан последующей схемой. Более того, фотодиод работает в состоянии обратного смещения, и его сопротивление перехода относительно велико, а выходной ток относительно мал. Следовательно, операционный усилитель с более высоким входным сопротивлением должен быть выбран в качестве TIA для преобразования I / V.
На выходе схемы преобразования ток-напряжение используются два типа оптических мультиплексированных сигналов с временным разделением. Для разделения двух оптических сигналов используются две независимые схемы выборки и хранения, а GPIO RJM8L151 используется для управления и переключения двухканальные схемы выборки и хранения., И для синхронизации с управляющим импульсом импульса возбуждения светодиода.
Поскольку разделенный сигнал переменного тока очень слаб, для устранения составляющей постоянного тока и высокочастотных помех в схеме используется полосовой фильтр для обработки сигналов красного света и инфракрасного излучения. Полосовой фильтр состоит из частей высоких и низких частот. В части высоких частот используется сеть RC-фильтров для фильтрации составляющей постоянного тока, а ее частота среза установлена ​​на 0,23 Гц. В низкочастотной части используется схема фильтра нижних частот второго порядка с частотой среза 0,48 Гц.
Ruinajie Electronics выпустила серию микроконтроллеров со сверхнизким энергопотреблением RJM8L151, которые очень подходят для терминальных устройств IoT с батарейным питанием. Серия RJM8L151 не только обладает отличными характеристиками при работе и энергопотреблении в режиме ожидания, но также имеет встроенный 12-битный высокоточный АЦП последовательного приближения и 2-канальный многофункциональный компаратор, что чрезвычайно полезно для высокоточного и обнаружение в реальном времени датчиков слабого сигнала. Богатые периферийные интерфейсы RJM8L151 делают более удобным расширение различных модулей связи и функциональных модулей. RJM8L151 основан на ядре процессора с улучшенной архитектурой Гарварда и многоступенчатой ​​конвейерной системе команд. Производительность обработки при той же тактовой частоте в 3 раза выше, чем у традиционного 8051. Он использует интегрированную среду разработки Keil uVision или IAR для разработки и отладки кода приложений. .
Блок-схема микроконтроллера серии IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII RJM8L151
Характеристики электронного оксиметра с зажимом для пальцев Renajie:
1. Нормальный диапазон рабочего напряжения RJM8L151 составляет от 1,62 В до 5,5 В, что очень подходит для прямого питания 2 и 3 сухих батарей, устраняя необходимость в дополнительных схемах LDO. Кроме того, ток в режиме ожидания RJM8L151 очень низок. как 0,5 мкА, что позволяет поддерживать нормальный внутренний RTC. Синхронизация при сохранении неизменности данных SRAM, такая производительность может значительно снизить системные требования к емкости и размеру батареи.
2. RJM8L151 выходит из состояния низкого энергопотребления менее чем за 5 мксек, что позволяет реализовать работу с малым рабочим циклом быстрого сна и пробуждения, что, в свою очередь, значительно снижает энергопотребление системы.
3. RJM8L151 имеет 4 источника синхронизации: внутренние высокоскоростные часы, внутренние низкоскоростные часы, внешние высокоскоростные часы и внешние низкоскоростные часы. Модуль управления тактовой частотой RJM8L151 разделяет эти источники тактовой частоты за счет гибкой конфигурации для достижения различных требований к потребляемой мощности и производительности.
4. Что касается аналоговых схем, RJM8L151 имеет 7-канальный 12-разрядный АЦП последовательного приближения, частоту дискретизации до 1 MSPS и поддерживает вход внешнего опорного напряжения.
5. RJM8L151 разработал множество модулей синхронизации, включая два 16-битных базовых таймера и 16-битный таймер общего назначения, который поддерживает функции ввода / вывода / сравнения / вывода ШИМ.
06, Ин Жуйен
Роль аналогового переключателя RS2105 заключается в основном в переключении между красным светодиодом и инфракрасным светодиодом, которые мультиплексируются с разделением времени и модулируются с определенной частотой. Для этого требуется, чтобы микросхема операционного усилителя (например, RS321) взаимодействовала с внутренним ЦАП микроконтроллера для генерации выходного сигнала постоянного тока, потому что, если светодиодная лампа должна работать при постоянном токе для получения относительно стабильной длины волны, ее ток излучения обычно должно достигать десятков миллиампер.Поэтому требуется, чтобы сопротивление включения аналогового переключателя было ≤1 Ом, а сопротивление включения аналогового переключателя RS2105, используемого в этом решении, составляло 0,6 Ом.
Принципиальная схема бытового оксиметра с зажимом для пальцев Ying Ruien
На светочувствительном приемном конце операционный усилитель RS622 используется для достижения фотоэлектрического преобразования, которое требует, чтобы входной ток смещения Ib операционного усилителя был на уровне pA. Кроме того, полоса пропускания операционного усилителя должна быть выше 5 МГц, чтобы отвечают за быстрый отклик Серия операционных усилителей с низким уровнем шума может лучше улучшить разрешение системы. Что касается топологии источника питания, в одной из них используется две сухие батареи (3 В), а затем повышается до 5 В и затем понижается для каждой цепи системы. В другой - литиевая батарея, которую можно перезаряжать и использовать. Низкое энергопотребление. LDORS3236 подходит для обеих этих топологических систем.
07, ZLG Ligong Technology
Основное управление использует серию HC32L от Huada Semiconductor, чип использует ядро ​​Cortex M0 +, основной диапазон частот составляет 32 ~ 256 КБ флэш-памяти, 4 ~ 32 КБ оперативной памяти, диапазон питания составляет 1,8 ~ 5,5 В, а ток составляет всего 0,5 uA в случае глубокого сна, что может продлить срок службы аккумулятора, поэтому он очень подходит для портативных устройств.
KKKKKKKKKKKKKKKKKKK ZLG Ligong Technology портативное решение для мониторинга оксиметров
Модуль Bluetooth действует как мост связи между MCU и мобильным телефоном и передает данные, собранные MCU, на мобильный телефон.