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瑞萨电子的便携式脉搏血氧仪解决方案

KamillaAliakhmet
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脉搏血氧饱和度测定法利用了不同波长的光穿过人体组织时的吸收特性,是一种非侵入性的测量技术。将脉搏血氧仪放置在身体较薄的部位(主要是手指或耳朵),可以监测受试者的重要健康参数,例如血氧饱和度(SpO2)和心率,以尽早发现威胁生命的状况。 

该设计采用了瑞萨电子(Renesas Electronics)的便携式电池操作脉搏血氧仪。我们将讨论建议设计的各个组成部分,并提供产品建议和开始使用的相关资源。 

原理框图

以下框图说明了瑞萨便携式脉搏血氧仪解决方案的功能组件。 

 1.瑞萨电子的脉搏血氧仪设计框图 

感应 

脉搏血氧仪设计的传感元件使用了OB1203传感器模块,集成了环境光传感器、RGB颜色传感器、接近传感器以及用于反射光体积描记的光学生物传感器。后者可以通过照射皮肤,测量通过皮肤的饱和血液与不饱和血液的光吸收率,从而监测重要的健康参数,例如人体心率、血氧饱和度(SpO2)、呼吸频率和心率变异性。该模块采用业界最小的(4.2×2×1.2mm14引脚封装。可靠且防过敏的玻璃盖允许将该模块用于需要直接皮肤接触的应用。 

OB1203传感器模块由用于激励的红外(IR)和红色LED以及传感器IC组成。可以通过LED1LED2引脚外部控制LED,但是,该IC包含修剪LED源与250mA最大电流驱动,是一个更集成的解决方案。传感器IC中有三个不同的模块,包括光传感器、接近/生物传感器和数字模块,以及一些外围电路,例如两个内部振荡器、一个电流源和参考电压。 

 2.OB1203模块的内部结构(renesas.com)  

光传感器模块包括五个以矩阵阵列排列的光电检测器,并带有专用的模数转换器(ADC),以实现更快、更准确的性能。可以将其配置为在光传感器模式(绿色、透明和压缩)或颜色传感器模式(红色、绿色、蓝色、透明和压缩)下运行。压缩通道从覆盖金属的光电二极管接收数据,该二极管用于测量暗电流并补偿光传感器的读数以适应温度变化。 

邻近和生物传感器模块利用位于光传感器阵列下方的单个光电二极管。它使用LED1LED2引脚上的LED阴极/驱动器输出来测量从目标物体发出的红色和红外范围内的反射能量。发射器由集成在OB1203模块中的红外LED(峰值波长约为940nm)和红色LED(峰值波长约为700nm)实现。该模块具有专用的环境光和串扰/偏移消除电路,可避免任何光学干扰。 

最后,数字块包含状态机、通信接口、数字滤波器、寄存器和保险丝,用于校准。OB1203传感器模块依靠I2C通信协议将数据报告给MCU 

MCU 

脉搏血氧仪设计采用瑞萨电子基于Arm® Cortex®-M23内核,具有256kB闪存和32kB SRAMRA2A1 (192-7200) (192-7194) 微控制器。RA2系列属于RA系列32MCU,非常适合低功耗和对成本敏感的应用,例如便携式脉搏血氧仪。 

RA2A1 MCU还集成了带有16SAR ADC24Sigma-Delta ADCDAC和运算放大器的专用模拟前端。这样可以将锂离子电池管理解决方案无缝集成到脉搏血氧仪设计中,以延长电池寿命。MCU可以监测状态参数,例如电池中的温度、电压和电流,从而保护其免受潜在危害(例如,过电流、过电压和过热保护)。 

 3.RA2A1 MCU概述(renesas.com) 

要开始使用此MCU,请尝试使用EK-RA2A1 (192-7184) 评估套件以及瑞萨的灵活软件包(FSP) 

电源 

脉搏血氧仪设计为可与锂离子电池一起使用,并支持通过USB电源充电。充电电路包括开关、齐纳二极管、LC滤波器的组合,而控制系统则由MCU管理。通过整流降压转换器的开关电压来提供直流电压以对电池充电。然后将来自USB充电器或电池的5V电压转换为为MCU和传感器模块供电所需的电压电平。为此目的推荐的设备是ISL80510 (193-1524)ISL80505  (121-7270) 高性能低压降(LDO)稳压器,它们分别能够提供高达1A500mA的输出电流。此外,可通过RS Components提供ISL80510EVAL1Z (193-1522) 评估套件。 

产品概要 

Product type

Product

Description

Document

RS stock no

MCU

RA2A1

32位,48 MHz RA MCU256kB闪存,32kB SRAM,可从32引脚扩展到64引脚封装 

Datasheet

(192-7200)

(192-7194)

光学传感器

OB1203

高性能固态MEMS流量传感器 

Datasheet

Stock number TBA

LDO

ISL80505

低压差稳压器,500mA 

Datasheet

(121-7270)

ISL80510

低压差稳压器,1A

Datasheet

(193-1524)

 

ISL80510EVAL1Z

高性能1A LDO稳压器评估板 

Datasheet

(193-1522)

I am an electronics engineer who is passionate about technology. In my spare time, I like travelling, blogging and learning new languages. よろしくお願いします.

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