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采用ADuC7024精密模擬微控制器的ADI脈搏血氧儀解決方案

電子設計 ? 2021-04-19 11:52 ? 次閱讀

脈搏血氧儀以非介入方式測量血液中的含氧量,包括發射路徑,接收路徑,顯示和背光,數據接口以及音頻報警。發射路徑包括紅光LED紅外光LED和用于驅動LED的DAC。路徑接收光電包括二極管傳感器,信號調理,模數轉換器和處理器。ADI的脈搏血氧儀解決方案采用控制器ADuC7024精密模擬微控制器,具有多達16路的12位1MSPS的ADC和采用ARM 7TDMI核16位/ 32位RISC架構的MCU。本文介紹了ADuC7019 / 20/21/22/24/25 /27分之26/29分之28主要特性和功能框圖,控制器ADuC7024評估板主要特性,電路圖狀語從句:材料清單,以及ADI脈搏血氧儀功能介紹及其主要元件表。

ADuC7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29是完全集成的,1 MSPS,12位數據采集系統,集成了高性能多通道ADC,16位/ 32位MCU和閃存?/ EE存儲器位于單個芯片上。

ADC最多包含12個單端輸入。另有四個輸入可用,但與四個DAC輸出引腳復用。四個DAC輸出僅在某些型號(ADuC7020,ADuC7026,ADuC7028和ADuC7029)上可用。但是,在許多不存在DAC輸出的情況下,這些引腳仍可以用作附加ADC輸入,最多提供16個ADC輸入通道。ADC可以在單端或差分輸入模式下工作。ADC輸入電壓為0 V至VREF。低漂移帶隙基準電壓源,溫度傳感器和電壓比較器完善了ADC外設設置。

根據器件型號的不同,片上最多可提供四個緩沖電壓輸出DAC。DAC輸出范圍可編程為三個電壓范圍之一。

這些器件通過片上振蕩器和PLL工作,產生41.78 MHz(UCLK)的內部高頻時鐘。該時鐘通過可編程時鐘分頻器路由,并由此產生MCU內核時鐘工作頻率。微控制器內核是ARM7TDMI?,16位/ 32位RISC計算機,可提供高達41 MIPS的峰值性能。片上提供了8 KB的SRAM和62 KB的非易失性Flash / EE存儲器。ARM7TDMI內核將所有內存和寄存器視為一個線性陣列。

片內工廠固件支持通過UARTI2C串行接口端口進行在線串行下載;還通過JTAG接口支持非侵入式仿真。這些功能已集成到支持該MicroConverter?系列的低成本QuickStart?開發系統中。

這些器件的工作電壓為2.7 V至3.6 V,額定溫度范圍為?40℃至+ 125℃。當工作在41.78 MHz時,功耗通常為120 mW。ADuC7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29提供多種存儲器型號和封裝(請參閱《訂購指南》)。

ADuC7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29主要特性:

模擬I / O

多通道,12位,1 MSPS ADC

多達16個ADC通道1

全差分和單端模式

0 V至VREF模擬輸入范圍

12位電壓輸出DAC

多達4個DAC輸出可用

1片內參考電壓

片內溫度傳感器(±3°C)

電壓比較器

微控制器

ARM7TDMI內核,16位/ 32位RISC架構

JTAG端口支持代碼下載和調試

時鐘選項

修整的片上振蕩器(±3%)

外部

時鐘晶體外部時鐘源,最高44 MHz

41.78 MHz PLL,帶可編程分頻器

存儲器

62 kB Flash / EE存儲器,8 kB SRAM

在線下載,基于JTAG的調試,

軟件觸發的在線可重編程

性,片上外設

UART,2×I2C?和SPI串行I / O

最多40針GPIO端口1

4個通用定時器

喚醒和看門狗定時器(WDT)

電源監控器

三相16位PWM發生器1

可編程邏輯陣列( PLA)

外部存儲器接口,高達512 kB1

功率

指定用于3 V操作

主動模式:11 mA @ 5 MHz,40 mA @ 41.78 MHz

封裝和溫度范圍

從40引線6 mm×6 mm LFCSP到80引線LQFP1

完全額定用于–40℃至+ 125℃的操作

工具

低成本QuickStart?開發系統

完整的第三方支持

ADuC7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29應用:

工業控制和自動化系統

智能傳感器,精密儀器

基站系統,光網絡

圖1.ADuC7026框圖

圖2.ADuC7020典型系統配置圖

ADuC7024評估板

開發系統,用于評估ADuC7024 / 25,完全集成的1 MSPS,12位數據采集系統,集成了高性能多通道ADC,16位/ 32位MCU和閃存/ EE內存在單個芯片上。

ADuC7024評估板的主要特性:

?2層PCB(4“ 5”尺寸)

?9 V電源調節至板載3.3 V

?4引腳UART接頭連接到RS232接口電纜

?20引腳標準JTAG連接器連接到ULINK仿真器

?演示電路

?32.768 kHz監視晶體來驅動PLL時鐘

?ADR291 2.5 V外部基準芯片

?復位/下載/ IRQ0按鈕

?電源指示燈/通用LED

?從外部接頭連接器訪問所有ADC輸入和DAC輸出。所有設備端口都引出到外部接頭連接器引腳。

?表面安裝和通孔通用原型區域

圖3.ADuC7024評估板電路圖

控制器ADuC7024評估板材料清單:

ADI脈搏血氧儀解決方案

脈搏血氧儀以非介入方式測量血液中的含氧量,它以完全飽和的水平的百分比來表示,用單個數值來表示,即所謂的血氧飽和度百分比,常常稱為該測量基于血液中血紅蛋白的光吸收特性。在可見光譜和近紅外光譜內,含氧血紅蛋白(HbO2)與脫氧血紅蛋白(Hb)具有不同的吸收曲線。 ,紅外光(IR)頻率的光線照射。HbO2則相反,吸收的紅光頻率的光線照射,紅外光(IR)頻率的光線照射。中光的單個組織位置透射光線。紅光和紅外光LED采用時間交替處理來轉換光線,因此不會相互干擾。光和紅外光的光電二極管接收光線,然后由一個跨導放大器產生與所接收光線強度成比例的電壓。的脈沖特性,將會在測量周期中確定并顯示脈搏率和強度。

脈搏血氧儀包括發射路徑,接收路徑,顯示和背光,數據接口以及音頻報警。發射路徑包括紅光LED,紅外光LED和用于驅動LED的DAC。接收路徑包括光電二極管傳感器,信號調理,模數轉換器和處理器。

脈搏血氧儀系統設計考慮和主要挑戰

設計脈搏血氧儀系統時,需要解決多個難題,如低血流灌注,運動和皮膚濕度,雜散光干擾,碳氧血紅蛋白和高鐵血紅蛋白干擾等。

?低血流灌注(小信號水平)。光電二極管測量需要寬動態范圍和低噪聲增益的信號調理,以便捕捉脈搏事件。發射和接收路徑需要具有精確的DAC的精確度,低噪聲LED驅動電路和具有ADC的高級模擬前端電路。

?運動和皮膚濕度。運動會引起偽像,這可以通過軟件算法來解決,或者利用ADXL345等加速度計來檢測并解決。

?雜散光干擾,使用光電二極管來響應紅光和紅外光,它很容易受環境光干擾。因此,用于過濾出紅光和紅外光目標信號的算法非常重要,這意味著信號處理更加復雜。這種情況下,需要使用具有更高信號處理能力的DSP

?碳氧血紅蛋白和高鐵血紅蛋白。一氧化碳(CO)很容易與血紅蛋白結合,使血液變得更像紅色HbO2,導致測得的SpO2值虛高。血紅素基中的鐵處于異常狀態,無法攜帶氧(Fe + 3而不是Fe + 2),導致血紅蛋白減少,SpO2讀數虛低。使用更多波長可以提高精度,從而需要更高性能的數字處理DSP。處理時間常數。

圖4。脈搏血氧儀解決方案外形圖

圖5.脈搏血氧儀功能定位

脈搏血氧儀功能定位中主要元件表:

圖6。脈搏血氧儀演示系統定位

責任編輯:gt

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LED電平指示器電路分析

高亮度白光LED燈相關資料分享

高亮度白光LED燈(以下簡稱白光燈)具有光色好(與日光接近),節能(電光轉換效率遠高于白熾燈,也高于熒光燈,是一種冷光源),壽...
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太陽能1WLED燈相關資料分享

用酒杯狀的乳白色塑料瓶蓋做燈罩,從LED散熱板(自帶的)后面引出正,負兩根線,穿過燈罩.經過彎管引入燈座,燈的形狀就出來了...
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STM32L552CCT6 STMicroelectronics STM32L5超低功耗微控制器

oelectronics STM32 L5超低功耗MCU設計用于需要高安全性和低功耗的嵌入式應用。這些MCU基于Arm樹皮-M33處理器及其TrustZone,用于Armv8-M與ST安全實施結合。STM32 L5 MCU具有512KB閃存和256KB SRAM。借助全新內核和ST ART Acccelerator™, STM32 L5 MCU的性能進一步升級。這些STM32 L5 MCU采用7種形式封裝,提供大型產品組合,支持高達125°C的環境溫度。 特性 超低功耗,靈活功率控制: 電源范圍:1.71V至3.6V 溫度范圍:-40°C至+85/+125°C 批量采集模式(BAM) VBAT模式下187nA:為RTC和32x32位儲備寄存器供電 關斷模式下,17nA(5個喚醒引腳) 待機模式下,108nA(5個喚醒引腳) 待機模式下,配備RTC,222nA 3.16μA停止2,帶RTC 106μA/MHz運行模式(LDO模式) 62μA/MHz 運行模式(3V時)(SMPS降壓轉換器模式) ...
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STM32L552CCT6 STMicroelectronics STM32L5超低功耗微控制器

LED8102SXTTR STMicroelectronics LED8102S LED陣列驅動器

oelectronics ALED8102S LED陣列驅動器是一款單片、低電壓、led驅動器,具有8個低側通道。ALED8102S設計用于提供高達20V輸出驅動能力,支持連接多個串聯LED。八個穩壓電流源提供5mA至100mA恒定電流來驅動LED。通過一個外部電阻器設置電流。 LED8102S具有熱管理功能,可強制關斷以保護器件(通常在+170°C時關斷,15°C滯后重啟)。熱保護開關僅關閉輸出通道。 工作電源電壓范圍為3.0V至5.5V。輸出控制由四個開關輸入提供,實現開/關切換操作。在所有有源輸出LED上,可通過應用到輸出使能引腳 (OE) 上的全局PWM信號調整亮度。輸出可并聯,或者不使用時不連接。 LED8102S LED驅動器采用14引腳高熱效率薄型微縮小外形封裝 (HTTSSOP)。 特性 8個恒定電流輸出通道,由4個開關輸入控制 輸出電流:5mA至100mA 電流可通過外部電阻器編程 電源電壓:3.0V至5.5V 20V電流發生器額定電壓 熱關斷 工作結溫范圍:-40°C至+150°C ...
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LED8102SXTTR STMicroelectronics LED8102S LED陣列驅動器

AC1352 電源連接器

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發表于 04-18 19:15 ? 109次 閱讀
AC1352 電源連接器

AC1362 20 Ω電流檢測電阻

信息產品分類接口和隔離 IOS子系統產品詳情AC1362是一款完全密封的20 Ω、0.1%(典型值)、1/8 W、20 ppm/°C即插即用式替換電阻。
發表于 04-18 19:15 ? 120次 閱讀
AC1362 20 Ω電流檢測電阻

AC1360 單通道評估板

信息產品分類接口和隔離 IOS子系統產品詳情AC1360是一款單通道測試或評估板,既可以利用Phoenix UM通用模塊元件安裝在DIN軌上,也可以利用附帶的4個支柱安裝在工作臺/墻壁上。該模塊針對所有輸入、輸出、控制和電源連接提供螺紋接線端子。
發表于 04-18 19:15 ? 119次 閱讀
AC1360 單通道評估板

AC1361 CJC傳感器

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AC1361 CJC傳感器

AC1363 機架安裝套件

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AC1363 機架安裝套件

AC1345 帶CJC傳感器的獨立模塊安裝套件

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AC1345 帶CJC傳感器的獨立模塊安裝套件

AC1351 用戶設計的3B系列模塊,外殼和連接器

信息產品分類接口和隔離 IOS子系統產品詳情The AC1351 is a kit which contains a individual blank case and connectors to enable the construction of a user-designed 3B-type module using their own PC board and design.
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AC1351 用戶設計的3B系列模塊,外殼和連接器

AC1350 用戶設計的3B系列模塊

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AC1350 用戶設計的3B系列模塊

AC1341 6英尺直流電源線

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AC1341 6英尺直流電源線

AC1342 電流轉換電阻

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AC1342 電流轉換電阻

AC1324 模擬I/O用接口板

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AC1324 模擬I/O用接口板

AC1310 3B系列定制范圍調整模塊

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AC1310 3B系列定制范圍調整模塊

AC1330 19英寸機架安裝套件

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AC1330 19英寸機架安裝套件

AC1331 16通道表面安裝套件

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AC1331 16通道表面安裝套件

AC1332 8通道表面貼裝套件

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AC1332 8通道表面貼裝套件

AC1307 3B系列電源、115V交流輸入、±15V DC (+800/-225mA)和+24V DC (350mA)輸出

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AC1307 3B系列電源、115V交流輸入、±15V DC (+800/-225mA)和+24V DC (350mA)輸出

AC1301 3B系列電源、115V交流輸入、±15V DC、±350mA輸出

信息產品分類接口和隔離 IOS子系統產品詳情AC1301是一款AC/DC雙輸出、±15 V DC電源,提供±350 mA的電流。利用附帶的安裝夾和硬件,可以將其安裝在3B01、3B02或3B03背板上。工作溫度范圍為-25°C至+70°C。
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AC1301 3B系列電源、115V交流輸入、±15V DC、±350mA輸出

AC1315 I / O背板電纜

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AC1315 I / O背板電纜
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