指夾式血氧儀是用來監測血氧飽和度的一種小型儀器,體積小、功耗低、使用方便、便于攜帶。測量時只需將手指插入指夾式光電傳感器中,即可測量血氧飽和度值和脈率。血氧飽和度指的是血液中被氧結合的氧合血紅蛋白的容量,占全部可結合的血紅蛋白容量的百分比。它是反應人體是否缺氧的一個重要的指標,是體現呼吸循環的重要生理參數。血氧飽和度正常值應該在95%-100%,如果低于94%,就需要引起警惕,盡快到醫院檢查缺氧的原因。
隨著我國人口老齡化速度不斷加快,人們對慢病預防和健康管理的需求呈上漲趨勢。例如,患有心腦血管疾病的病人會因血液黏稠、冠狀動脈硬化、血管腔狹窄從而導致供氧困難。由于病毒感染等原因造成的呼吸系統疾病,患者也會因為呼吸困難導致吸入氧氣量不足。如果患者重度缺氧,得不到及時供氧搶救,很可能有生命危險。因此,這類人群需要長期監測血氧含量,預防危險發生。指夾式血氧儀正是一款具備“預防”屬性的家用健康設備。
圖1 指夾式血氧儀原理框圖
圖1為指夾式血氧儀原理框圖,圖中,模擬開關用于切換紅光LED和紅外光LED燈,LED燈發射電流可達到幾十mA,因此要求模擬開關具有低導通電阻特性。紅光和紅外光LED由通用運放和三極管構成的恒流電路驅動,具有較高的電流精度和較低的溫度漂移。在光敏接收管側,運放用于實現光電轉換,一般選用低噪聲運放,能夠更好地提高系統的分辨率。在電源拓撲上,一種是采用兩節干電池(3V)供電,通過DC-DC升壓到3.6V,再通過LDO降壓給系統各電路使用,另一種采用鋰電池供電,可以循環充電使用。
1、 模擬開關
超低導通電阻模擬開關BL1555:
l 寬工作電壓范圍:1.65~5.5V
l 超低導通電阻:0.3Ω
l -3dB 帶寬:33MHz
l 靜態電流:小于 1uA
l 高隔離度:-66dB
l 工作溫度范圍:-40~+125℃
l MSOP10,QFN1.8x1.4-10L 封裝可選
表1 模擬開關選型表
2、 運算放大器
低噪聲運放BL3782/84:
l 寬工作電壓范圍:2.1V~5.5V
l 低失調電壓:最大值 3.5mV
l 低溫度漂移:典型值 2.4uV/℃
l 低輸入偏置電流:1pA
l 增益帶寬積(GBW):6MHz
l 靜態電流:470uA 每通道
l 噪聲系數:13nV/√Hz
通用運放BL321L:
l 寬工作電壓范圍:2.1V~5.5V
l 低失調電壓:最大值 3.5mV
l 低溫度漂移:典型值 2.7uV/℃
l 低輸入偏置電流:1pA
l 增益帶寬積(GBW):1MHz
l 靜態電流:40uA 每通道
l 噪聲系數:27nV/√Hz
表2 運算放大器選型表
3、 LDO
低噪聲高電源抑制比LDO BL9161G, BL9162:
l 寬工作電壓范圍
l 良好的電源抑制比指標
l 低關斷電流
l 低dropout電壓
l 內置過熱保護功能
l 快放電功能
l DFN1x1-4L,SOT23-5,SOT23-3,SC70-5封裝
表3 LDO選型表
4、 鋰電池充電芯片
線性充電管理芯片BL4054B,BL4056C:
l 鋰電池正負極反接保護(部分型號)
l Vcc 輸入端反接保護(部分型號)
l 可編程充電電流
l 恒定電流/恒定電壓
l 溫度自適應可實現充電速率最大化
l 精度達到±1%的預設充電電壓
l 自動再充電
l C/10 充電終止
l 2.9V涓流充電
l 軟啟動限制浪涌電流
表4 鋰電池充電芯片選型表
5、 DC-DC升壓電路
BL8536和ME2188是PFM高效同步升壓電路,靜態電流低,外圍電路簡單,非常適合干電池供電的電子產品應用。
l 效率達93%以上
l 0.9V低啟動電壓
l 同步整流,不需外圍肖特基二極管
表5 DC-DC升壓芯片選型表
6、 低壓MOSFET
BLM2301和BLM2305為采用溝槽技術的P溝道低壓MOSFET, 具有極低的導通電阻,低至0.7V的柵極開啟電壓非常適合采用電池供電的便攜電子產品。
表6 低壓P溝道MOSFET選型表