電子血壓計設(shè)計要求及測量技術(shù)

　摘要：這篇應(yīng)用筆記介紹了兩種主要類型的血壓監(jiān)測儀及其測量技術(shù)，重點討論了不同功能電路對電子元器件的要求以及工程師在進(jìn)行元器件選型時需要注意的事項。

　　引言

　　血壓監(jiān)測儀或稱為血壓計主要利用一個充氣袖帶和監(jiān)聽設(shè)備，通過偵聽的方式測量血壓;也可以利用壓力傳感器測量血壓。這種監(jiān)測儀可以通過兩種途徑實現(xiàn)：對袖帶手動充氣，利用聽診器監(jiān)聽動脈壁發(fā)出的聲音(聽診法);或者在血壓計內(nèi)部嵌入一個壓力傳感器，對動脈壁的振動進(jìn)行測量(振量法)。

　　上臂式血壓計

　　腕式血壓計

　　自動電子血壓計

　　自動檢測血壓計有兩種類型：上臂式血壓計和腕式血壓計。上臂式血壓計包含一個氣囊，測量時將其纏縛于上臂。充氣袖帶通過一條皮管連接到放置在手臂附近的監(jiān)視器。腕式血壓計尺寸較小，整個裝置可以纏繞在手腕上，因此，這類產(chǎn)品對尺寸的要求比較嚴(yán)格。有些上臂式血壓計需要手動充氣，但目前市場上的多數(shù)上臂式和腕式血壓計都采用了全自動設(shè)計。

　　測量技術(shù)

　　自動電子血壓計首先對袖帶充氣使其具有足夠的壓力，從而阻止血液在局部主動脈的流動。隨著壓力逐漸釋放，當(dāng)血液開始流過動脈時，測量到的壓力值為心臟收縮壓。同時還可以監(jiān)測到脈搏跳動的速率。當(dāng)血流又恢復(fù)暢通時，此時測量到的數(shù)值相當(dāng)于心臟的舒張壓。由此完成一次完整的測量周期，整個過程由裝置中的泵、充氣袖帶、電子閥和壓力傳感器完成。

　　壓力傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)過運算放大器或儀表放大器調(diào)理后送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。然后，針對不同類型的監(jiān)視器和傳感器，采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ跀?shù)字域計算心臟收縮壓、舒張壓和脈搏速率，并將得到的結(jié)果顯示在液晶屏(LCD)上，通常還會將數(shù)據(jù)和對應(yīng)的時間/日期存儲到非易失存儲器內(nèi)。

　　帶有高級語音提示功能的血壓計功能框圖。[!--empirenews.page--]

　　數(shù)據(jù)接口

　　有些血壓計能夠把數(shù)據(jù)上傳到計算機，以便進(jìn)行更深入的分析和后期測量跟蹤，可以通過USB接口傳輸數(shù)據(jù)?？梢赃x擇一個分立的USB收發(fā)器，也可以選擇內(nèi)置這種收發(fā)器的微控制器。

　　音頻提示

　　血壓計的音頻提示可以是簡單的蜂鳴聲，也可以采用高端語音提示。簡單的蜂鳴器可以利用微控制器的一個或兩個脈寬調(diào)制(PWM)輸出端口引腳驅(qū)動;對于高級語音提示功能電路，可以選擇音頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)和揚聲器放大器處理音頻信號。

　　電源管理

　　上臂式血壓計通常采用4節(jié)AAA (1.5V)堿性電池供電，腕式血壓計大多采用2節(jié)AAA堿性電池供電。血壓計泵和模擬電路要求5V或3.3V供電，數(shù)字電路根據(jù)具體采用的測量技術(shù)選擇3.3V或1.8V供電。由此，一個典型的上臂式血壓計需要一路buck-boost開關(guān)電源為泵/模擬電路提供5V電源，另外還需要一路低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)為數(shù)字電路提供3.3V電源。典型的腕式血壓計則采用boost開關(guān)電源提供泵/模擬電路所需的3.3V電源，利用一個LDO將輸入電壓轉(zhuǎn)換到1.8V，為數(shù)字電路供電。

　　為了延長電池使用壽命，血壓計不工作時可以關(guān)斷電源，而只維持實時時鐘(RTC)有效并可快速恢復(fù)血壓計的工作狀態(tài)。

　　顯示與背光

　　血壓計大多使用簡單的段式LCD顯示器，其中包含100段或更少的段碼，LCD驅(qū)動器通常集成在微控制器內(nèi)部。利用一個或兩個白光LED (WLED)或電致發(fā)光(EL)燈源提供顯示器背光。腕式血壓計可以采用開關(guān)電源拓?fù)涮峁￤LED驅(qū)動，上臂式血壓計則可采用線性穩(wěn)壓器提供WLED驅(qū)動。

　　靜電放電

　　所有血壓計監(jiān)視器必須通過IEC 61000-4-2的靜電放電(ESD)的測試要求，可以利用內(nèi)置ESD保護(hù)的器件，或者采用ESD保護(hù)線對暴露在接口位置的線路加以保護(hù)。