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纯净的硅(中级)

如何快速设计脉搏血氧仪?TI来支招! [复制链接]

脉搏血氧仪(如图1所示)通过测量手指氧合血和去氧血对红外和红色光吸收的变化,无创地监测心率和血氧饱和度。正常情况下,健康人的血氧饱和度在95%到100%范围内。使用像图1所示的血氧仪测量血氧饱和度有助于监测我们的健康状况,而这正变得越来越流行。

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图1 指夹式脉搏血氧仪

TI提供了基于MSP430FR235x单片机及其内部集成的4x智能模拟组合(SAC)实现的单芯片脉博血氧仪系统解决方案。智能模拟组合(SAC)是TI MSP430FR235x特有的外设,可由用户软件配置成不同应用模式,用于输入或输出路径的模拟信号调理。具体的应用模式如图2所示:

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图 2 智能模拟组合(SAC)框图和模式

系统框图如图3所示:

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图3 脉搏血氧仪系统框图示例

MSP430FR2355单片机作为方案的主控MCU,可为脉搏血氧仪系统提供以下功能和特性:

  1. MSP430FR2355单芯片方案,有效省去外部运放和DAC,降低系统复杂度和成本

  2. MSP430FR2355片上集成4个智能模拟组合(SAC),每一个SAC可被配置成运算放大器(OPA),可编程增益放大器(PGA),或者12位DAC

    上述脉搏血氧仪方案中:

    a)  2个SAC配置成两路12位分辨率的电流DAC实现IR/RED发光管的可调恒流驱动

    b)  1个SAC配置成只有50pA偏置电流的跨阻放大器(TIA),实现Photodiode电流转电压

    c)  1个SAC配置成32倍增益的可编程增益放大器(PGA),配合DAC实现信号的直流补偿和交流成分放大

  3. 片上集成12位ADC和1.5/2.0/2.5V可调参考电压源。ADC通道与SAC输出内部连接,有效降低了PCB布线复杂度和噪声干扰

  4. I2C和SPI接口可以满足单片机与方向传感器、LCD/OLED屏的通讯要求;

  5. 片上集成的定时器模块可以输出多路PWM信号以驱动蜂鸣器、LCD背光电荷泵等装置;

  6. 低至42nA的超低待机电流,和待机模式下的GPIO唤醒功能,可以为电池供电的血氧仪系统提供更长待机时间和快速按键唤醒

MSP430FR235x系列单片机是TI推出的超低功耗、低成本,具有丰富模拟信号链资源的16位RISC MCU,其低功耗的优点和VQFN32(4*4mm)的封装极适合应用于便携设备。图4展示了MSP430FR235x丰富的片上模拟和数字资源。

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图4 MSP430FR235x片上资源

本文中详细介绍的TI 器件,以及丰富的线上软硬件资源,将助力工程师快速设计血氧仪。如您有关于如何设计血氧仪的需求,我们的团队时刻为您提供强有力的技术支持。

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