利用高性能模拟器件简化便携式医疗设备的设计

方案概述

目前,医疗电器OEM厂商正在开发技术含量更高的、用于治疗和监控常见疾病的个人保健设备。这些产品价格合理,极大提高了医疗保健质量。MCU在 家用血压计、肺活量计、脉搏血氧计及心率监测器等便携式医疗设备中起着重要作用。大多数此类产品中的实际生理信号是模拟信号,在测量、监控或显示前需要进 行放大、过滤等处理。

功能定义及性能指标

应用具有完整的模拟前端解决方案,其中包括集成运算放大器、ADC及 DAC。DAC与片上参考电路形成驱动 LED 的恒流源。其中一个运算放大器用作传感器光电二极管的I/V转换器。通过使用DAC输出及 MCU 执行的软件算法来调节LED 亮度,由此实现自动增益控制。ADC将放大后并经过滤波的输出信号进行数字化处理,而MCU中的软件则计算出平均值。至此完成了红光、红外线光源及双方比值的数据采集和计算。该比值与存储的标准数据比较后得到精确的血氧饱和度值。计算出的血氧百分比值显示在LCD上。A/D转换值也含有心率信息,软件在5s左右可以计算出心率平均值,该值也同时显示在 LCD上。另外,MCU的PWM输出驱动压力蜂鸣器,每心跳一下就发出一次短暂蜂鸣。通过这种周期性蜂鸣可以判断传感器位置及信号采集是否正常。

方案优势

在上述便携式医疗应用中,超低功率微控制器MSP430FG461x作为单芯片解决方案,具有多种优势。ADC的高精度很容易满足测量类应用的需求。片上运算放大器及 DAC非常有助于信号调节和自动增益控制。为测量类应用选择了合适 的MCU之后 ,系统设计师下一步就要进行软件开发。由于MCU能够提供片上仿真功能,所以设计人员可以通过JTAG端口进行实时调试。现有多种编译器及调试器可用,且调试器硬件很便宜。调试器硬件需要一个简单的逻辑电平转换器连接至PC并行端口,且无需传统的ICE接口。全功能实时仿真可以在芯片内置硬件上设定断点,因而在调试的同时能够实现全速运行。该器件的高集成度和代码开发方便性显著降低了系统设计成本。调试过程中可以随时刷新闪存中的程序代码,从而极大缩短了开发时间,所以,选择该MCU能够有效缩短产品上市时间。另外,120KB的系统内可编程闪存同时可以作为数据记录器使用。

原理及实物图