基于TMS320C5515 DSP 评估模块脉动式血氧计设计方案

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TI 的 TMS320C5515 DSP 评估模块 与 TI 的脉动式血氧计模拟前端模块组成了新的 C5505 PO 或 SpO2 医疗开发套件 (MDK)，它使开发人员能够访问开发工具集，为要求高电池效率的便携式病患监控应用提供了完整的信号链解决方案和软件，可节省数月的开发时间。
脉动式血氧计通过利用不同的光波长感应脱氧血红蛋白和氧络血红蛋白的吸收属性，以测量动脉的血氧饱和度。基本量计由放在病人耳垂、脚趾、手指或其它身体部位的传感器和数据采集系统组成，用于计算和显示氧饱和程度、心率和血流量。
低端便携式脉动式血氧计
为适应低端设计，TI 系列高度集成的 MSP430 超低功耗微处理器 (MCU) 减少了在设计中所需的外部组件数。因为信号链、电源管理和显示驱动器的元件已集成到 MCU。
信号采集挑战：反向反馈电阻配置常与信号链中的增益放大器配合使用。但是，大反馈电阻值可能借助因电路敏感度级别造成的光强度的轻微变化，来推动极高的输出摆幅。一些设计可以从将输出摆幅推至地面或低于地面中受益。双电源自动置零互阻抗放大器能使输出摆幅接地，并使单电源器件摆幅非常接近地面。输出电压非常接近 0V 时，连接到 –5V 的下拉电阻允许输出摆幅稍微低于地面，以将错误降至最低。TI 推出了一系列可提供极高精密度、杰出长期稳定性和极低 1/f 噪声的互阻抗放大器。
中程和高端便携式脉动式血氧计
中高端实施可能需要具有低电源电流的更高性能处理器和更高精密度的模拟组件。TI 的低功耗 DSP 技术可以消除由其它光源或读取信息时出现的移动而导致的信号失真，仅提取重要信号。通过复杂算法，DSP 技术可精确读取极低电平信号。这一附加处理功能在脉动式血氧计中非常有用，它能测量其它波长的吸收以检测其它种类氧络血红蛋白的饱和度。
信号采集挑战：TI 的精密交换式集成器互阻抗放大器没有反馈电阻的热噪声，也没有在使用大型反馈电阻的互阻抗放大器中常发现的稳定性问题。将光电二极管和 2 个集成器互阻抗放大器配合使用可消除暗流和环境光错误，因为减去了对于二者均常见的错误。另外，这些放大器还允许在整数倍 AC 线频率下同步采样，从而提供极高的噪声抑制。互阻抗增益可通过操作片上设置轻松进行更改。另外，TI 的高精密度 ADC 为测量光电二极管提供了 AC/DC 性能卓越的小包装单芯片解决方案。
通常，脉动式血氧计需要超低功耗和低噪声电源轨；以便支持延长的电池寿命和精密测量。TI 的降压-升压转换器提供对锂离子电池技术的支持以及 96% 的效率。高 PSRR LDO 还可用于其它低噪声电源轨。TI 的线性锂离子低单节充电器系列可满足壁插式和 USB 端口充电的要求。推出的创新下一代电量监测解决方案使用了 “Impedance Track”，可自动了解/检测电池特性，从而延长电池寿命和系统运行时间。