最新血氧儀低功耗設(shè)計(jì)方案

下面介紹一個(gè)以Microchip MCU與Intersil的模擬器件為主的血氧儀的低功耗設(shè)計(jì)方案。血氧儀用來(lái)測(cè)量血氧飽和度的電子設(shè)備，血氧飽和度是血液中被氧結(jié)合的氧合血經(jīng)蛋白(HbO2)的容量占全部可結(jié)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(huán)的重要生理參數(shù)，正常人體動(dòng)脈血氧飽和度為98%。本方案采用光電傳感器測(cè)量，利用人體的血紅蛋白對(duì)660nm的紅光和940nm的近紅外光的吸收率不一樣，測(cè)定通過(guò)手指(或耳垂等)光傳導(dǎo)強(qiáng)度，再通過(guò)軟件計(jì)算并得出血氧飽和度。

整個(gè)系統(tǒng)如圖1所示，紅光及紅外光經(jīng)過(guò)手指或耳垂，由光電池感應(yīng)出電流，經(jīng)ISL28413進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換放大，再送入MCP3425進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，MCU根據(jù)紅光及紅外光的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算得到血氧飽和度，并可順便計(jì)算出脈膊，同由LCD顯示出來(lái)。圖2為I/V轉(zhuǎn)換及信號(hào)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(zhuǎn)換成為電壓變化量，以方便采集。

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

單片機(jī)采用Microchip剛推出的帶有LCD驅(qū)動(dòng)的PIC16F193x系列，它采用了最新的nanoWatt XLP技術(shù)，1.8V時(shí)典型待機(jī)電流僅為60nA。它在PIC16F91x基礎(chǔ)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(gè)帶CCP功能的定時(shí)器、16通道的電容性觸摸感應(yīng)模塊和一個(gè)5位分辨率的DAC。

低功耗設(shè)計(jì)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(guān)頻率、轉(zhuǎn)換效率等一些隱性參數(shù)，在滿足負(fù)載功耗的同時(shí)，也要考慮到余量設(shè)計(jì)，芯片的保護(hù)功能也是設(shè)計(jì)者需要考慮的問(wèn)題，通常內(nèi)部過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)溫保護(hù)可以減少外部電路和降低功耗，使產(chǎn)品達(dá)到更好的性能。Intersil的電源管理器件有不同的檔次來(lái)滿足設(shè)計(jì)者的不同需求，讓設(shè)計(jì)者在達(dá)到上述設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，可以選擇合理價(jià)位的產(chǎn)品。

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