了解在脉搏血氧计设计中应用含智能模拟组合的 MSP430 MCU 的好处

2021年12月15日 16:54

脉搏血氧计为非侵入式,只需夹在手指上,通过测量含氧或缺氧血液对红外线和红光的吸收情况的变化来监测人的心率和血氧饱和度(SpO2)。正常情况下,健康人的血氧饱和度在95%到100%之间。使用类似图1所示的脉搏血氧计测量血氧饱和度可以帮助患者:

  • 了解药物的效用

  • 确定他们能否提高活动水平。

  • 确定呼吸机是否必要或正在运行。

  • 监测睡眠呼吸暂停症状发作情况。

有些人患有心力衰竭或哮喘之类影响血氧水平的疾病,也可以使用脉搏血氧计。

说明: Pulse Oximeter

1:夹指脉搏血氧计

通常,光电二极管测量通过手指的红外线和红光。光电二极管传感器发出的信号包含一个大的直流分量和一个小的交流分量(交流大约是直流的0.4%到10%),如图2所示。大的直流分量是由于身体组织中含氧量较低的部位的吸收作用和散射光导致的。小的交流分量由动脉等含氧部位的光调制以及50/60Hz下的环境光噪声组成。交流和直流分量对于SpO2的计算都是必要的。为达到精度要求,需要设计一个信号调节电路来放大交流分量,增加分辨率,抵消直流分量和环境光。但是,信号水平因患者的健康状况以及手指的位置和厚度而异。为了避免信号饱和,需要根据信号的范围动态调整放大器的增益。

2:具有大直流分量和小交流分量的光体积描记信号

TI有一个基于MSP430FR2355微控制器(MCU)及其内置智能模拟组合(SAC)的单芯片脉搏血氧计解决方案。作为MSP430FR2355的一种特色外设,SAC可使用软件配置,让您能够调节输入或输出路径中的模拟信号。SAC模式如图3所示。

3:使用SAC模式的系统方框图

MSP430FR2355作为系统中的主机MCU,可提供真正的单芯片解决方案,有效消除了对外部放大器和数模转换器(DAC)的需求并降低了系统的复杂性和成本。另外,您可以将每个SAC模块配置为运算放大器、可编程增益放大器或12位DAC。使用MSP430FR2355 MCU的脉搏血氧计的系统方框图如图4所示。

说明:

4:脉搏血氧计系统方框图示例

图4中的脉搏血氧计解决方案示例展示了四个SAC模块:

  • 两个SAC模块是12位分辨率的DAC,用于驱动电流可调且稳定的红外和红色LED。

  • 一个SAC模块是跨阻放大器,使用50pA的输入偏置电流测量光电二极管电流。

  • 一个SAC模块是PGA,与作为直流补偿和交流放大器的DAC配合可实现32倍增益。

除了内置的智能模拟组合,低至42nA的待机电流、小封装、存储器配置和通信接口都非常适合低成本的脉搏血氧计设计。

图5列出了详细的MSP430FR2355 MCU片上模拟和数字特性。

5MSP430FR2355片上特性

结语

MSP430FR2355是一个超低功耗、低成本的16位精简指令集计算机MCU,并有许多模拟信号链外设。四个智能模拟组合有效消除了对外部放大器和数模转换器(DAC)的需求,从而降低了系统的复杂性和成本。低功耗的VQFN32(4mm x 4mm 32引脚)封装非常适合脉搏血氧计这样的便携式设备。MSP430 MCU以及在线软件(https://www.ti.com.cn/tool/cn/MSPWARE)和硬件资源可帮助您快速设计脉搏血氧计。

其他资源

分享到:

上一条:几维通信采用比科奇5G NR物理层芯片
下一条:MPS布局隔离电源板块推出一系列中大功率应用产品