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血氧仪应用设计电路方案详解

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简介:
本资料详细解析了血氧仪的设计与应用电路方案,涵盖工作原理、关键组件选型及优化策略等内容,旨在帮助工程师和研究人员深入理解并开发高质量的血氧监测设备。 TS951X系列芯片是坤元微电子专为“指夹式血氧仪”设计的一款模拟前端专用芯片。该应用方案已成为此类产品中的主流选择之一。目前,采用TS951X系列的指夹式血氧仪在Fluke Index2血氧仪模拟器测试中表现出色,在弱灌注条件下普遍能达到0.4%以下的成绩,最佳表现甚至达到0.1%。 使用该芯片方案的“指夹式血氧仪”具有高性能、高集成度和低成本等优点。相较于传统方案,TS951X的应用方案提高了集成度,并减少了所需的元器件数量,包括用于切换红光及红外光的模拟开关、调整发光强度的模拟开关、I-V转换电路中的放大器以及滤波电路中的放大器。 此外,此应用方案对MCU的要求较低,仅需具备定时器功能。这不仅降低了物料清单(BOM)的成本,并且通过减少元器件的数量也提高了产品的可靠性。同时,这也显著减少了生产管理成本。

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    本资料详细解析了血氧仪的设计与应用电路方案,涵盖工作原理、关键组件选型及优化策略等内容,旨在帮助工程师和研究人员深入理解并开发高质量的血氧监测设备。 TS951X系列芯片是坤元微电子专为“指夹式血氧仪”设计的一款模拟前端专用芯片。该应用方案已成为此类产品中的主流选择之一。目前,采用TS951X系列的指夹式血氧仪在Fluke Index2血氧仪模拟器测试中表现出色,在弱灌注条件下普遍能达到0.4%以下的成绩,最佳表现甚至达到0.1%。 使用该芯片方案的“指夹式血氧仪”具有高性能、高集成度和低成本等优点。相较于传统方案,TS951X的应用方案提高了集成度,并减少了所需的元器件数量,包括用于切换红光及红外光的模拟开关、调整发光强度的模拟开关、I-V转换电路中的放大器以及滤波电路中的放大器。 此外,此应用方案对MCU的要求较低,仅需具备定时器功能。这不仅降低了物料清单(BOM)的成本,并且通过减少元器件的数量也提高了产品的可靠性。同时,这也显著减少了生产管理成本。
  • 脉搏LED流驱动器及PCB工程文件和
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    本项目提供了一套完整的脉搏血氧仪LED电流驱动器设计方案,包括详细的PCB工程文件与多种应用电路实例,旨在为医疗设备开发人员提供便捷的设计参考。 该LED电流驱动器特别适用于脉搏血氧仪应用,在这种情况下,叠加在LED亮度水平上的1/f噪声会降低整体测量精度。在典型的脉搏血氧仪中,当接收到脉冲信号时,LED的电流电平从高(例如3/4量程)降到低(如1/4量程)。这些导通时间通常只有数百微秒,在此期间叠加于亮度水平上的峰峰值1/f噪声会影响测量精度。为了减小这种影响,需要最小化该噪声。 本段落介绍了一种完整的单电源、低噪声LED电流源驱动器设计,由一个16位数模转换器(DAC)控制。系统具有±1 LSB的积分和差分非线性误差,在0.1 Hz至10 Hz频率范围内产生的噪声小于45 nA p-p,并且满量程输出电流为20 mA。大多数轨到轨输入运算放大器存在交叉非线性误差,这在16位系统中可能高达4到5个LSB;然而,该设计中的创新驱动放大器消除了这一问题。 本段落还展示了脉搏血氧仪LED电流驱动器的实物图和电路板布局。
  • 关键硬件与Multisim仿真分析
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    本项目专注于血氧仪核心硬件电路的设计及优化,并利用Multisim软件进行仿真分析,确保电路性能可靠。 脑组织的新陈代谢率很高,耗氧量占全身总耗氧量的20%左右,并且对缺氧非常敏感。短时间内缺乏氧气就可能导致中枢神经系统受损。
  • 原理图_20200428.pdf
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    本PDF文档详细介绍了血氧仪的设计原理和结构图解,包括传感器布局、信号处理流程及数据算法等关键技术内容。 血氧仪方案物美价廉且稳定。
  • 脉搏与实现(2014)
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    本论文详细探讨了光电脉搏血氧仪的设计原理及实现方法,包括硬件电路设计、软件算法优化等内容,并通过实验验证其有效性和稳定性。 血氧饱和度是衡量供氧状态的重要指标之一,在疾病预防与治疗过程中具有重要意义。然而,现有的脉搏血氧仪存在功耗大、稳定性差以及成本与精度难以兼顾的问题。为此,本段落提出了一种性价比高、低功耗且支持无线传输的光电脉搏血氧仪设计方案。 该设计采用指夹式光电血氧探头采集信号,并以STM32芯片作为核心控制器对数据进行分析和处理并显示结果。这样可以实现便携、实时以及连续监测血氧饱和度的功能。最终,通过使用Fluke公司生产的Index2型血氧模拟仪进行了多次测试验证,在60%至80%的血氧饱和度范围内精度达到了±2%。
  • 基于德州器AFE4490的指夹式脉冲与实现(附资料表、BOM及说明)-
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    本文介绍了采用德州仪器AFE4490芯片开发的一款指夹式脉冲血氧仪的设计过程,包括详细的硬件材料清单(BOM)和设计方案,并提供了必要的数据表格以供参考。 该参考设计适用于采用德州仪器(TI)信号链、电源和连接组件的全套SPO2脉动式血氧计手指夹终端设备。通过使用TI的AFE4490脉动式血氧计模拟前端,可以加快并简化脉动式血氧计的设计过程,并确保临床测量的质量最高。该参考设计还包含完整的蓝牙低能耗(BLE)连接方案,便于与支持BLE的智能手机、平板电脑等设备相连,并将数据传输至云端,使医疗团队能够实时监控和追踪。 核心技术优势: - 采用AFE4490作为脉动式血氧计测量中的LED发射器及接收路径。 - 使用MSP430F5528微控制器保留算法与校准数据。 - 利用TI的CC2541模块进行BLE连接设计。 - 经过测试,提供完成所需的所有材料(包括原理图、布局和Gerber文件以及物料清单)。 方案规格: 1. 模拟前端 (AFE): AFE4490 - 用于脉动式血氧计的集成模拟前端 2. 电池管理产品: BQ24072 - USB供电锂离子电池充电器及电源路径管理IC,Vout高于Vbat 200mV | 线性 3. 电量监测计|电量检测计:BQ27425-G1 - 具有直接电池连接的系统端Impedance Track:trade_mark: 4. 无线连接: CC2541 - SimpleLink Bluetooth Smart和专利无线MCU低功耗高性能MSP430F5528 - 超低能耗微处理器,具有128KB闪存、8KB RAM、USB接口、12位ADC及两个USCI。 5. TPS61093 - 具有集成功率二极管和输入/输出隔离的低输入升压DC-DC转换器(最大电压:20V / 电流:1.1A) 6. 线性稳压器 (LDO): TPS736 - 单路输出 LDO,400mA可调电压范围为1.2至5.5V,无电容设计、低噪声及反向电流保护 7. 线性稳压器 (LDO): TPS7A49 - 适用于3V到36V输入电压的150mA超低压降线性稳压器,具备高电源抑制比(PSRR)和无电容设计。
  • 基于ATtiny85的脉搏与光容积描记器
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    本项目介绍了一种采用ATtiny85微控制器实现的低成本脉搏血氧仪及光电容积描记(PPG)监测系统的设计,包括硬件电路和软件算法。 ATtiny85脉搏血氧仪及光电容积描记器能够显示您的脉搏率、血氧水平以及每个心跳的运动图(PPG)。该项目硬件包括Arduino Nano R3,Arduino UNO与Genuino UNO芯片,ATtiny85微控制器,SSD1306 128x32 OLED显示屏及MAX30102高灵敏度脉搏血氧仪和心率传感器。此项目在ATtiny85上实现,并显示运动的体积描记图、脉搏频率以及SpO2(血氧百分比)估计值,使用SSD1306 128x32 OLED显示屏及MAX30102传感器。 需要注意的是,该项目不应用于医学目的。计算出的SpO2非常近似,并未进行任何校准处理。此项目旨在展示仅具有512字节RAM的处理器可以实现的功能范围,这意味着需要实时处理来自MAX30102传感器的数据样本。大多数现有的Arduino程序通常会读取大约100个左右的样本,然后对其进行处理。 硬件方面,在原型板上实现了这些组件,并且根据电路图所示,也可以将它们组装在面包板中使用。通过Spence Konde的ATtinyCore库可以配置ATtiny85以16 MHz的速度运行(有关如何进行设置和加载Arduino程序至ATtiny85的具体信息,请参考David Johnson-Davies博客Technoblogy上的相关文章)。根据数据手册,电源电压应大于4.5V。实际上,该设备似乎可以用锂电池(3.7-4.2V)方便地供电使用。 更多详情请参见附件中的教程文档!
  • 关注和心率健康,STM32心率测量源码开放-
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    本项目致力于提升个人健康监测水平,通过开源STM32平台血氧与心率检测代码,为开发者提供一个实用的电路设计方案,促进智能健康设备的发展。 心率对人的寿命有影响,在正常情况下较低的心率被认为是好的。但在运动过程中,心率可以衡量训练强度、血液中的氧气含量以及血红蛋白水平,这些都与健康密切相关,因此日常生活中需要关注。 使用模拟IIC_MAX30100和正电原子mini板简易制作的血氧心率监测设备,并通过OLED显示数据。整套资料可用于学习参考。 主函数部分代码截图如下: 例如,在50Hz采集心率数据的情况下,每次采集时间间隔为0.02秒,共采集800次,耗时16秒。 每跳动一次脉搏对应一个波形的峰值,如图所示有20处峰值。计算得出(20/16)*60=75, 表明心跳频率为每分钟75次。
  • MAX30100心率传感器及测试程序-
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    本项目介绍基于MAX30100芯片的心率和血氧饱和度监测传感器电路设计与实现,并提供详细的测试程序。适合电子工程师和技术爱好者参考学习。 人类需要在整个身体内保持连续的氧气供应才能维持生命,这个功能是由血液中的红细胞完成的。ADI脉搏血氧仪解决方案采用无创式技术测量血液中的氧气含量。这种设备测量的对象更准确地称为血氧饱和度(SpO2)。它提供一个单个数字结果,代表了实际含氧量与全氧饱和度的比例,并以百分比表示。 在肺部,氧气附着于红细胞内的蛋白质上,这种蛋白质被称为血色素(符号Hb)。血液中的血色素有两种形态:一种是携带氧气的氧合血红蛋白(HbO2),另一种是没有携带氧气的还原血红蛋白(Hb)。高度饱和的情况下,一个分子可以包括4个氧分子。典型的健康值为90至100%,但也可以低至60%。 脉搏血氧仪传感器基于MAX30100设计完成,并集成了心率和脉搏血氧测量功能。总体来说这是一个光学传感器。其读数来自两个LED发射的两种不同波长光线,即红色和红外光。这些光线可以穿透人体内的单个组织点并被相应的光电二极管接收,然后由互阻放大器产生一个与接收到的光照强度成正比的电压信号。 为了减少干扰,红光和红外线通常是时间复用方式发射,并且环境光线的影响会被估算后从每个红色和红外光线读数中扣除。测量点可以是手指、脚趾或耳垂等部位。 脉搏血氧仪传感器通过光学技术实现精确监测人体的血液含氧量与心率,为医疗健康领域提供了可靠的解决方案。
  • 医疗子,脉搏饱和度检测
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    本项目专注于开发先进的医疗电子设备——脉搏血氧饱和度检测电路。该技术能够精确测量人体血液中的氧气含量,适用于家庭、医院等各类场景,助力健康管理与疾病监测。 此参考设计专为高端临床应用而设的微型脉动式血氧计使用小型模块来简化并加速系统的设计过程。该设计采用TI AFE4403模拟前端,连接LED及光电二极管传感器,并包含一个用于处理来自AFE信息的MCU。相较于TIDA-00010,此设计更为紧凑。 其主要特性包括支持脉搏血氧饱和度测量、使用AFE4403和第三方光学传感器模块进行血氧饱和度测量以及采用MSP430F5528 MCU存储每次测量的算法。该设计方案已通过测试,并提供完成所需的所有材料,如原理图、布局设计及物料清单(BOM)等资料。