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如何快速設(shè)計(jì)脈搏血氧儀？

發(fā)布時(shí)間：2020-09-10 責(zé)任編輯：wenwei

【導(dǎo)讀】脈搏血氧儀（如圖1所示）通過測量手指氧合血和去氧血對紅外和紅色光吸收的變化，無創(chuàng)地監(jiān)測心率和血氧飽和度。正常情況下，健康人的血氧飽和度在95%到100%范圍內(nèi)。使用像圖1所示的血氧儀測量血氧飽和度有助于監(jiān)測我們的健康狀況，而這正變得越來越流行。

圖1 指夾式脈搏血氧儀

TI提供了基于MSP430FR235x單片機(jī)及其內(nèi)部集成的4x智能模擬組合（SAC）實(shí)現(xiàn)的單芯片脈博血氧儀系統(tǒng)解決方案。智能模擬組合（SAC）是TI MSP430FR235x特有的外設(shè)，可由用戶軟件配置成不同應(yīng)用模式，用于輸入或輸出路徑的模擬信號調(diào)理。具體的應(yīng)用模式如圖2所示：

圖 2 智能模擬組合（SAC）框圖和模式

系統(tǒng)框圖如圖3所示：

圖3 脈搏血氧儀系統(tǒng)框圖示例

MSP430FR2355單片機(jī)作為方案的主控MCU，可為脈搏血氧儀系統(tǒng)提供以下功能和特性：

1、 MSP430FR2355單芯片方案，有效省去外部運(yùn)放和DAC，降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。

2、 MSP430FR2355片上集成4個(gè)智能模擬組合（SAC），每一個(gè)SAC可被配置成運(yùn)算放大器（OPA），可編程增益放大器（PGA），或者12位DAC。

上述脈搏血氧儀方案中：

a) 2個(gè)SAC配置成兩路12位分辨率的電流DAC，實(shí)現(xiàn)IR/RED發(fā)光管的可調(diào)恒流驅(qū)動(dòng)；

b) 1個(gè)SAC配置成只有50pA偏置電流的跨阻放大器（TIA），實(shí)現(xiàn)Photodiode電流轉(zhuǎn)電壓；

c) 1個(gè)SAC配置成32倍增益的可編程增益放大器（PGA），配合DAC實(shí)現(xiàn)信號的直流補(bǔ)償和交流成分放大；

3、片上集成12位ADC和1.5/2.0/2.5V可調(diào)參考電壓源。ADC通道與SAC輸出內(nèi)部連接，有效降低了PCB布線復(fù)雜度和噪聲干擾；

4、 I2C和SPI接口可以滿足單片機(jī)與方向傳感器、LCD/OLED屏的通訊要求；

5、片上集成的定時(shí)器模塊可以輸出多路PWM信號以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器、LCD背光電荷泵等裝置；

6、低至42nA的超低待機(jī)電流，和待機(jī)模式下的GPIO喚醒功能，可以為電池供電的血氧儀系統(tǒng)提供更長待機(jī)時(shí)間和快速按鍵喚醒。

MSP430FR235x系列單片機(jī)是TI推出的超低功耗、低成本，具有豐富模擬信號鏈資源的16位RISC MCU，其低功耗的優(yōu)點(diǎn)和VQFN32(4*4mm)的封裝極適合應(yīng)用于便攜設(shè)備。圖4展示了MSP430FR235x豐富的片上模擬和數(shù)字資源。