模擬器件為主的最新血氧儀低功耗設計方案

    2013-10-30 14:54 來源:互聯網 作者:洛小辰

    下面介紹一個以Microchip MCU與Intersil的模擬器件為主的血氧儀的低功耗設計方案。血氧儀用來測量血氧飽和度的電子設備,血氧飽和度是血液中被氧結合的氧合血經蛋白(HbO2)的容量占全部可結合的血紅蛋白(Hb)容量的百分比,即血液中血氧的濃度,它是用于表征呼吸循環的重要生理參數,正常人體動脈血氧飽和度為98%。本方案采用光電傳感器測量,利用人體的血紅蛋白對660nm的紅光和940nm的近紅外光的吸收率不一樣,測定通過手指(或耳垂等)光傳導強度,再通過軟件計算并得出血氧飽和度。

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    整個系統如圖1所示,紅光及紅外光經過手指或耳垂,由光電池感應出電流,經ISL28413進行I/V轉換放大,再送入MCP3425進行AD轉換,MCU根據紅光及紅外光的AD轉換結果計算得到血氧飽和度,并可順便計算出脈膊,同由LCD顯示出來。圖2為I/V轉換及信號放大的電路,光電池是電流型器件,這就需要將電流變化量轉換成為電壓變化量,以方便采集。

    由于放電池感應的電流信號微弱,這就要求I/V轉換的運放必須具備非常低的輸入失調電流,ISL28413以其10pA的偏置電流、最低1.8V的工作電壓、高性價比等特性使其非常適合電池供電系統。圖1中電位器選用Intersil的雙256抽頭的X95820,此路用于調節運放的增益,另一路用于后面的濾波電路。考慮到系統分辨率,這里選用一顆Microchip的16位Delta-Sigma的AD轉換器。作為AD轉換器的基準,ISL60002以業界最低工作電流350nA、20ppm/℃的溫漂成為此系統的必備之選。整體模擬電路由一顆帶EN功能的LDO供電,待機時模擬部分的電路被完全切斷,這里選用一顆ISL9003A,提供高達93dB電源抑制比的同時具有非常低的輸出噪聲。

    單片機采用Microchip剛推出的帶有LCD驅動的PIC16F193x系列,它采用了最新的nanoWatt XLP技術,1.8V時典型待機電流僅為60nA。它在PIC16F91x基礎上增加了14條指令,程序空間也增加到16K,別外還增加了2個帶CCP功能的定時器、16通道的電容性觸摸感應模塊和一個5位分辨率的DAC。

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    低功耗設計不僅僅看LDO DC/DC能提供輸出的電壓、電流和功率,還要考慮到器件的溫升、開關頻率、轉換效率等一些隱性參數,在滿足負載功耗的同時,也要考慮到余量設計,芯片的保護功能也是設計者需要考慮的問題,通常內部過流、過壓、過溫保護可以減少外部電路和降低功耗,使產品達到更好的性能。Intersil的電源管理器件有不同的檔次來滿足設計者的不同需求,讓設計者在達到上述設計要求的同時,可以選擇合理價位的產品。

    血氧儀

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