最新血氧仪低功耗设计方案
时间：09-17
来源：互联网
点击：
作者：贝能国际 时间：2009-09-08 来源:电子产品世界
下面介绍一个以Microchip MCU与Intersil的模拟器件为主的血氧仪的低功耗设计方案。血氧仪用来测量血氧饱和度的电子设备，血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血经蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是用于表征呼吸循环的重要生理参数，正常人体动脉血氧饱和度为98%。本方案采用光电传感器测量，利用人体的血红蛋白对660nm的红光和940nm的近红外光的吸收率不一样，测定通过手指(或耳垂等)光传导强度，再通过软件计算并得出血氧饱和度。
整个系统如图1所示，红光及红外光经过手指或耳垂，由光电池感应出电流，经ISL28413进行I/V转换放大，再送入MCP3425进行AD转换，MCU根据红光及红外光的AD转换结果计算得到血氧饱和度，并可顺便计算出脉膊，同由LCD显示出来。图2为I/V转换及信号放大的电路，光电池是电流型器件，这就需要将电流变化量转换成为电压变化量，以方便采集。
由于放电池感应的电流信号微弱，这就要求I/V转换的运放必须具备非常低的输入失调电流，ISL28413以其10pA的偏置电流、最低1.8V的工作电压、高性价比等特性使其非常适合电池供电系统。图1中电位器选用Intersil的双256抽头的X95820，此路用于调节运放的增益，另一路用于后面的滤波电路。考虑到系统分辨率，这里选用一颗Microchip的16位Delta-Sigma的AD转换器。作为AD转换器的基准，ISL60002以业界最低工作电流350nA、20ppm/℃的温漂成为此系统的必备之选。整体模拟电路由一颗带EN功能的LDO 供电，待机时模拟部分的电路被完全切断，这里选用一颗ISL9003A，提供高达93dB电源抑制比的同时具有非常低的输出噪声。
单片机采用Microchip刚推出的带有LCD驱动的PIC16F193x系列，它采用了最新的nanoWatt XLP技术，1.8V时典型待机电流仅为60nA。它在PIC16F91x基础上增加了14条指令，程序空间也增加到16K，别外还增加了2个带CCP功能的定时器、16通道的电容性触摸感应模块和一个5位分辨率的DAC。
低功耗设计不仅仅看LDO DC/DC能提供输出的电压、电流和功率，还要考虑到器件的温升、开关频率、转换效率等一些隐性参数，在满足负载功耗的同时，也要考虑到余量设计，芯片的保护功能也是设计者需要考虑的问题，通常内部过流、过压、过温保护可以减少外部电路和降低功耗，使产品达到更好的性能。Intersil的电源管理器件有不同的档次来满足设计者的不同需求，让设计者在达到上述设计要求的同时，可以选择合理价位的产品。
下面介绍一个以Microchip MCU与Intersil的模拟器件为主的血氧仪的低功耗设计方案。血氧仪用来测量血氧饱和度的电子设备，血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血经蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是用于表征呼吸循环的重要生理参数，正常人体动脉血氧饱和度为98%。本方案采用光电传感器测量，利用人体的血红蛋白对660nm的红光和940nm的近红外光的吸收率不一样，测定通过手指(或耳垂等)光传导强度，再通过软件计算并得出血氧饱和度。
整个系统如图1所示，红光及红外光经过手指或耳垂，由光电池感应出电流，经ISL28413进行I/V转换放大，再送入MCP3425进行AD转换，MCU根据红光及红外光的AD转换结果计算得到血氧饱和度，并可顺便计算出脉膊，同由LCD显示出来。图2为I/V转换及信号放大的电路，光电池是电流型器件，这就需要将电流变化量转换成为电压变化量，以方便采集。
由于放电池感应的电流信号微弱，这就要求I/V转换的运放必须具备非常低的输入失调电流，ISL28413以其10pA的偏置电流、最低1.8V的工作电压、高性价比等特性使其非常适合电池供电系统。图1中电位器选用Intersil的双256抽头的X95820，此路用于调节运放的增益，另一路用于后面的滤波电路。考虑到系统分辨率，这里选用一颗Microchip的16位Delta-Sigma的AD转换器。作为AD转换器的基准，ISL60002以业界最低工作电流350nA、20ppm/℃的温漂成为此系统的必备之选。整体模拟电路由一颗带EN功能的LDO 供电，待机时模拟部分的电路被完全切断，这里选用一颗ISL9003A，提供高达93dB电源抑制比的同时具有非常低的输出噪声。
单片机采用Microchip刚推出的带有LCD驱动的PIC16F193x系列，它采用了最新的nanoWatt XLP技术，1.8V时典型待机电流仅为60nA。它在PIC16F91x基础上增加了14条指令，程序空间也增加到16K，别外还增加了2个带CCP功能的定时器、16通道的电容性触摸感应模块和一个5位分辨率的DAC。
低功耗设计不仅仅看LDO DC/DC能提供输出的电压、电流和功率，还要考虑到器件的温升、开关频率、转换效率等一些隐性参数，在满足负载功耗的同时，也要考虑到余量设计，芯片的保护功能也是设计者需要考虑的问题，通常内部过流、过压、过温保护可以减少外部电路和降低功耗，使产品达到更好的性能。Intersil的电源管理器件有不同的档次来满足设计者的不同需求，让设计者在达到上述设计要求的同时，可以选择合理价位的产品。