数字听诊器及电子器件选型指南

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概述
       
        无论是声学听诊器，还是数字听诊器，主要功能都是作为心脏和肺部的辅助诊断工具，通过倾听声音信号进行诊断。声学听诊器的使用已经有大约200年的历史，而电子数字听诊器则是近期开发出来的新型设备。
       
        数字听诊器的基本目标是保持声学听诊器的外观和感觉，但提高了声音信号的检测能力。另外，高端数字听诊器还提供了一些新功能，例如：录音和回放，也可以提供直观的数据显示结果，并显示在外设显示器，如计算机监视器。先进的功能增强了医师的诊断能力。数字听诊器在改进性能的同时，还要求维持现有声学听诊器的外形(相同的外观和感觉)，这就需要使用小尺寸、低功耗的解决方案。
       
        音频信号通道选型
       
        数字听诊器的主要单元是声传感器、音频编解码器和扬声器。声传感器将声音转换成模拟电压信号，这是信号链路的关键。它决定了数字听诊器的诊断质量，而确保用户获得与声学听诊器相同的体验。
       
        需要对模拟电压进行调理，并通过音频模/数转换器(ADC)或音频编解码器将其转换为数字信号。有些数字听诊器带有消噪声功能，需要另一个声传感器或麦克风记录环境噪声，然后经过数字输出消除噪声。这种方案中，需要使用两个音频ADC。
                            
       

                                   数字听诊器原理框图。关于Maxim推荐的数字听诊器方案

       
        一旦转换成数字信号，即可利用微控制器单元(MCU)或数字信号处理器(DSP)进行信号处理，包括环境噪声抑制和滤波，限制心脏和肺部声音信号的带宽范围。处理后的数字信号通过音频数/模转换器(DAC)或音频编解码器再转换成模拟信号。
       
        在输出到扬声器之前，利用耳机放大器或扬声器放大器对音频信号进行调整。可以在听诊器的管叉处放置单声道扬声器，放大后的声音通过双声管传递到耳朵。另一种方案是采用双声道扬声器，每个听筒末端放置一个。考虑到这里的声音信号频率较低，扬声器的频响特性接近于重低音扬声器。根据不同设计方案选择使用单路或两路扬声器放大器。
       
        听诊器必须对20Hz至400Hz心脏发出的声音和100Hz至1200Hz肺部发出的声音信号保持较高的灵敏度。注意，不同厂商可能规定了不同的频率范围，可以利用DSP算法滤除频率范围以外的信号。