简化脉搏血氧仪集成设计
脉搏血氧仪是一种用于监视病人血氧饱和度的非浸入式仪器,它正受益于从昂贵的分立元件解决方案转向更高集成度的设计。但是,集成意味着需要就采用哪种处理架构做出艰难抉择。
脉搏血氧仪依赖于脉搏强度或脉动流来进行测量,因此被监视的区域内必须具有良好的血流,而任何阻滞都可能造成测量误差。脉搏血氧仪还能连带计算出脉搏频率,因此大多数脉搏血氧仪都具有这项功能。典型脉搏血氧仪的测量范围介于70%-100%的饱和度之间,低于70%时读数便不可靠。
脉搏血氧仪的工作原理基于动脉搏动期间光吸收量的变化。分别位于可见红光光谱(660纳米)和红外光谱(940纳米)的两个光源交替照射被测试区(一般为指尖或耳垂)。在这些脉动期间所吸收的光量与血液中的氧含量有关。微处理器计算所吸收的这两种光谱的比率,并将结果与存在存储器里的饱和度数值表进行比较,从而得出血氧饱和度。
数家制造商已可提供带有A/D 和D/A转换器、微控制器内核、存储器及其它外围功能的集成模拟微控制器。仅有滤波、信号调节和放大等功能需要使用外部组件。如果所选MCU的功能足够强大,则可在数字域完成信号调节,从而近一步简化系统。
然而,集成解决方案的选择颇具挑战性,因为这些模拟微控制器的种类非常多,如8位、16位及32位的CISC和RISC架构,同时还有多种A/D、D/A及其它外围选项。
对一个简单的脉搏血氧仪来说,8位MCU内核完全够用,但如果要求有复杂的滤波、数学计算或数据处理等更多功能,那么16/32位器件可能是更好的选择。理想解决方案将是:一个带有内部程序闪存与RAM(用于存储操作程序、饱和度查找表和捕获的数据)的16/32位MCU、两个用于驱动光源的D/A转换器、一个至少12位分辨率用以量化光电二极管所接收数据的多通道A/D转换器(它还可用于监视电池寿命等其它参数)。如果再有一些板上的可配置胶合逻辑则更好。
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