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如何快速設(shè)計(jì)脈搏血氧儀?

發(fā)布時(shí)間:2020-09-10 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】脈搏血氧儀(如圖1所示)通過(guò)測(cè)量手指氧合血和去氧血對(duì)紅外和紅色光吸收的變化,無(wú)創(chuàng)地監(jiān)測(cè)心率和血氧飽和度。正常情況下,健康人的血氧飽和度在95%到100%范圍內(nèi)。使用像圖1所示的血氧儀測(cè)量血氧飽和度有助于監(jiān)測(cè)我們的健康狀況,而這正變得越來(lái)越流行。
 
如何快速設(shè)計(jì)脈搏血氧儀?
圖1 指夾式脈搏血氧儀
 
TI提供了基于MSP430FR235x單片機(jī)及其內(nèi)部集成的4x智能模擬組合(SAC)實(shí)現(xiàn)的單芯片脈博血氧儀系統(tǒng)解決方案。智能模擬組合(SAC)是TI MSP430FR235x特有的外設(shè),可由用戶(hù)軟件配置成不同應(yīng)用模式,用于輸入或輸出路徑的模擬信號(hào)調(diào)理。具體的應(yīng)用模式如圖2所示:
 
如何快速設(shè)計(jì)脈搏血氧儀?
圖 2 智能模擬組合(SAC)框圖和模式
 
系統(tǒng)框圖如圖3所示:
 
如何快速設(shè)計(jì)脈搏血氧儀?
圖3 脈搏血氧儀系統(tǒng)框圖示例
 
MSP430FR2355單片機(jī)作為方案的主控MCU,可為脈搏血氧儀系統(tǒng)提供以下功能和特性:
 
1、 MSP430FR2355單芯片方案,有效省去外部運(yùn)放和DAC,降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。
 
2、 MSP430FR2355片上集成4個(gè)智能模擬組合(SAC),每一個(gè)SAC可被配置成運(yùn)算放大器(OPA),可編程增益放大器(PGA),或者12位DAC。
 
上述脈搏血氧儀方案中:
 
a) 2個(gè)SAC配置成兩路12位分辨率的電流DAC,實(shí)現(xiàn)IR/RED發(fā)光管的可調(diào)恒流驅(qū)動(dòng);
 
b) 1個(gè)SAC配置成只有50pA偏置電流的跨阻放大器(TIA),實(shí)現(xiàn)Photodiode電流轉(zhuǎn)電壓;
 
c) 1個(gè)SAC配置成32倍增益的可編程增益放大器(PGA),配合DAC實(shí)現(xiàn)信號(hào)的直流補(bǔ)償和交流成分放大;
 
3、 片上集成12位ADC和1.5/2.0/2.5V可調(diào)參考電壓源。ADC通道與SAC輸出內(nèi)部連接,有效降低了PCB布線(xiàn)復(fù)雜度和噪聲干擾;
 
4、 I2C和SPI接口可以滿(mǎn)足單片機(jī)與方向傳感器、LCD/OLED屏的通訊要求;
 
5、 片上集成的定時(shí)器模塊可以輸出多路PWM信號(hào)以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器、LCD背光電荷泵等裝置;
 
6、 低至42nA的超低待機(jī)電流,和待機(jī)模式下的GPIO喚醒功能,可以為電池供電的血氧儀系統(tǒng)提供更長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間和快速按鍵喚醒。
 
MSP430FR235x系列單片機(jī)是TI推出的超低功耗、低成本,具有豐富模擬信號(hào)鏈資源的16位RISC MCU,其低功耗的優(yōu)點(diǎn)和VQFN32(4*4mm)的封裝極適合應(yīng)用于便攜設(shè)備。圖4展示了MSP430FR235x豐富的片上模擬和數(shù)字資源。
 
如何快速設(shè)計(jì)脈搏血氧儀?
圖4 MSP430FR235x片上資源
 
本文中詳細(xì)介紹的TI 器件,以及豐富的線(xiàn)上軟硬件資源,將助力工程師快速設(shè)計(jì)血氧儀。如您有關(guān)于如何設(shè)計(jì)血氧儀的需求,我們的團(tuán)隊(duì)時(shí)刻為您提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
 
更多資源:
 
1) https://www.ti.com/lit/an/slaa897/slaa897.pdf 
 
2) https://e2e.ti.com/blogs_/b/process/archive/2018/09/07/designing-a-blood-glucose-meter-and-pulse-oximeter-with-the-msp430-mcu-smart-analog-combo
 
 
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