最新血氧仪低功耗设计方案

2009年09月17日 16:09    贾延安
关键词: 功耗 , 设计方案
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 MCUIntersil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。

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  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。

2.jpg


  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。
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