当前位置:首页 > 医疗电子 > 医疗电子
[导读]脉搏血氧仪以非介入方式测量血液中的含氧量,包括发射路径,接收路径,显示和背光,数据接口以及音频报警。发射路径包括红光LED,红外光LED和用于驱动LED的DAC。接收路径包括光电二极管传感器,信号调理,模数转换器和处理器

脉搏血氧仪以非介入方式测量血液中的含氧量,包括发射路径,接收路径,显示和背光,数据接口以及音频报警。发射路径包括红光LED,红外光LED和用于驱动LED的DAC。接收路径包括光电二极管传感器,信号调理,模数转换器和处理器。ADI的脉搏血氧仪解决方案采用ADuC7024精密模拟微控制器,具有多达16路的12位1MSPS的ADC和采用ARM7TDMI核16位/32位RISC架构的MCU.本文介绍了ADuC7019/20/21/22/24/25/26/27/28/29主要特性和功能框图, ADuC7024评估板主要特性, 电路图和材料清单,以及ADI脉搏血氧仪功能框图及其主要元件表, 脉搏血氧仪演示系统框图和所用的主要产品表.

The ADuC7019/20/21/22/24/25/26/27/28/29 are fully integrated, 1 MSPS, 12-bit data acquisition systems incorporating high performance multichannel ADCs, 16-bit/32-bit MCUs, and Flash®/EE memory on a single chip.

The ADC consists of up to 12 single-ended inputs. An additional four inputs are available but are multiplexed with the four DAC output pins. The four DAC outputs are available only on certain models (ADuC7020, ADuC7026, ADuC7028, and ADuC7029). However, in many cases where the DAC outputs are not present, these pins can still be used as additional ADC inputs, giving a maximum of 16 ADC input channels. The ADC can operate in single-ended or differential input mode. The ADC input voltage is 0 V to VREF. A low drift band gap reference, temperature sensor, and voltage comparator complete the ADC peripheral set.

Depending on the part model, up to four buffered voltage output DACs are available on-chip. The DAC output range is programmable to one of three voltage ranges.

The devices operate from an on-chip oscillator and a PLL generating an internal high frequency clock of 41.78 MHz (UCLK). This clock is routed through a programmable clock divider from which the MCU core clock operating frequency is generated. The microcontroller core is an ARM7TDMI®, 16-bit/32-bit RISC machine, which offers up to 41 MIPS peak performance. Eight kilobytes of SRAM and 62 kilobytes of nonvolatile Flash/EE memory are provided on-chip. The ARM7TDMI core views all memory and registers as a single linear array.

On-chip factory firmware supports in-circuit serial download via the UART or I2C serial interface port; nonintrusive emulation is also supported via the JTAG interface. These features are incorporated into a low cost QuickStart™ development system supporting this MicroConverter® family.

The parts operate from 2.7 V to 3.6 V and are specified over an industrial temperature range of −40℃ to +125℃. When operating at 41.78 MHz, the power dissipation is typically 120 mW. The ADuC7019/20/21/22/24/25/26/27/28/29 are available in a variety of memory models and packages (see Ordering Guide).

ADuC7019/20/21/22/24/25/26/27/28/29主要特性:

Analog I/O

Multichannel, 12-bit, 1 MSPS ADC

Up to 16 ADC channels1

Fully differential and single-ended modes

0 V to VREF analog input range

12-bit voltage output DACs

Up to 4 DAC outputs available1

On-chip voltage reference

On-chip temperature sensor (±3°C)

Voltage comparator

Microcontroller

ARM7TDMI core, 16-bit/32-bit RISC architecture

JTAG port supports code download and debug

Clocking options

Trimmed on-chip oscillator (±3%)

External watch crystal

External clock source up to 44 MHz

41.78 MHz PLL with programmable divider

Memory

62 kB Flash/EE memory, 8 kB SRAM

In-circuit download, JTAG-based debug

Software-triggered in-circuit reprogrammability

On-chip peripherals

UART, 2× I2C® and SPI serial I/O

Up to 40-pin GPIO port1

4× general-purpose timers

Wake-up and watchdog timers (WDT)

Power supply monitor

3-phase, 16-bit PWM generator1

Programmable logic array (PLA)

External memory interface, up to 512 kB1

Power

Specified for 3 V operation

Active mode: 11 mA @ 5 MHz, 40 mA @ 41.78 MHz

Packages and temperature range

From 40-lead 6 mm × 6 mm LFCSP to 80-lead LQFP1

Fully specified for –40℃ to +125℃ operation

Tools

Low cost QuickStart™ development system

Full third-party support

ADuC7019/20/21/22/24/25/26/27/28/29应用:

Industrial control and automation systems

Smart sensors, precision instrumentation

Base station systems, optical networking


图1.ADuC7026方框图


图2.ADuC7020典型系统配置图

ADuC7024评估板

Development system for evaluation of the ADuC7024/25, fully integrated, 1 MSPS, 12-bit data acquisition systems incorporating high performance multichannel ADCs, 16-bit/32-bit MCUs, and Flash/EE memory on a single chip.

ADuC7024评估板主要特性:

• 2-layer PCB (4” 5” form factor)

• 9 V power supply regulated to 3.3 V on board

• 4-pin UART header to connect to RS232 interface cable

• 20-pin standard JTAG connector to connect to ULINK emulator

• Demonstration circuit

• 32.768 kHz watch crystal to drive the PLL clock

• ADR291 2.5 V external reference chip

• Reset/Download/IRQ0 push-buttons

• Power indicator/general-purpose LEDs

• Access to all ADC inputs and DAC outputs from external header. All device ports are brought out to external header pins.

• Surface-mount and through-hole general-purpose prototype area


图3.ADuC7024评估板电路图
ADuC7024评估板材料清单:


ADI脉搏血氧仪解决方案

脉搏血氧仪以非介入方式测量血液中的含氧量,它以完全饱和水平的百分比来衡量,用单一数值来表示,即所谓血氧饱和百分比,常常称之为SpO2。该测量基于血液中血红蛋白的光吸收特性。在可见光谱和近红外光谱内,含氧血红蛋白(HbO2)与脱氧血红蛋白(Hb)具有不同的吸收曲线。Hb吸收的红光频率的光线较多,红外光(IR)频率的光线较少。HbO2则相反,吸收的红光频率的光线较少,红外光(IR)频率的光线较多。红光和红外光LED尽可能相互靠近,通过人体中的单一组织位置透射光线。红光和红外光LED采用时间复用处理来透射光线,因此不会相互干扰。环境光线经过估算后,从红光和红外光信号中减去。一个能够响应红光和红外光的光电二极管接收光线,然后由一个跨导放大器产生与所接收光线强度成比例的电压。光电二极管接收的红光与红外光的比值用于计算血液中的氧气百分比。根据血液流动的脉冲特性,还会在测量周期中确定并显示脉搏率和强度。

脉搏血氧仪包括发射路径、接收路径、显示和背光、数据接口以及音频报警。发射路径包括红光LED、红外光LED和用于驱动LED的DAC。接收路径包括光电二极管传感器、信号调理、模数转换器和处理器。

脉搏血氧仪系统设计考虑和主要挑战

设计脉搏血氧仪系统时,需要解决多个难题,如低血流灌注、运动和皮肤湿度、杂散光干扰、碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白干扰等。

• 低血流灌注(小信号水平)。光电二极管测量需要宽动态范围和低噪声增益的信号调理,以便捕捉脉搏事件。发射和接收路径需要具有高分辨率DAC的高质量、低噪声LED驱动电路和具有高分辨率ADC的高精度模拟前端电路。

• 运动和皮肤湿度。运动会引起伪像,这可以通过软件算法来解决,或者利用ADXL345等加速度计来检测并解决。

• 杂散光干扰。使用光电二极管来响应红光和红外光,它很容易受环境光干扰。因此,用于过滤出红光和红外光目标信号的算法非常重要,这意味着信号处理更加复杂。这种情况下,需要使用具有更高信号处理能力的DSP。

• 碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白。一氧化碳(CO)很容易与血红蛋白结合,使血液变得更像红色HbO2,导致测得的SpO2值虚高。血红素基中的铁处于异常状态,无法携带氧(Fe+3而不是Fe+2),导致血红蛋白减少,SpO2读数虚低。使用更多波长可以提高精度,但这需要更高性能的数字处理DSP。处理时间至关重要。


图4. 脉搏血氧仪解决方案外形图


图5.脉搏血氧仪功能框图
脉搏血氧仪功能框图中主要元件表:



图6. 脉搏血氧仪演示系统框图

脉搏血氧仪应用主要产品表:

更多医疗电子信息请关注:21ic医疗电子频道

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

9月2日消息,不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司,随着阿维塔和赛力斯的入局,华为引望愈发显得引人瞩目。

关键字: 阿维塔 塞力斯 华为

加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日 /美通社/ -- 数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布,该公司与Amazon Web Services (AWS)签订了...

关键字: AWS AN BSP 数字化

伦敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODA V,这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具,可用于创建软件定义汽车。 SODA V工具的开发耗时1.5...

关键字: 汽车 人工智能 智能驱动 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行,同时企业却面临越来越多业务中断的风险,如企业系统复杂性的增加,频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性,提升韧性,成...

关键字: 亚马逊 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,据媒体报道,腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。

关键字: 腾讯 编码器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行,华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。

关键字: 华为 12nm EDA 半导体

8月28日消息,在2024中国国际大数据产业博览会上,华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称,数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。

关键字: 华为 12nm 手机 卫星通信

要点: 有效应对环境变化,经营业绩稳中有升 落实提质增效举措,毛利润率延续升势 战略布局成效显著,战新业务引领增长 以科技创新为引领,提升企业核心竞争力 坚持高质量发展策略,塑强核心竞争优势...

关键字: 通信 BSP 电信运营商 数字经济

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。 活动现场 NVI技术创新联...

关键字: VI 传输协议 音频 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上,软通动力信息技术(集团)股份有限公司(以下简称"软通动力")与长三角投资(上海)有限...

关键字: BSP 信息技术
关闭
关闭