AFE4400+MSP430指甲式血氧仪设计方案

SPO2电路板根本原理根本原理说明22承受振荡法测量脉搏血氧饱和度〔SpO。分透射法和反射法，反射法的光源与光敏元件的距离为4~10mm。本方案承受透射法用于耳垂。溶液中氧合血红蛋白〔HbO〕和复原血红蛋白〔Hb〕对不同波长的光的吸取系数不同，如以以下图所示，在波长为600~700nm的红光区，HbHbO2800~1000nm的近红外光区，HbO2的吸取系数比Hb805nm222与脉搏血氧饱和度〔SpO〕近似成线性，有以下近似公式： ，其中，22RIR 1 2I/I 为红光和近红外光透射光强之比； k，k 为常数。实践中用 660nm的红光和880/905/940nm的近红外光，通过分时电路交替照耀含动脉血管的部位，光电管检测透射光强并将两种波长的信号分别出来。将两种波长对应信号，去除直流重量〔表皮、肌肉、骨骼和静脉等引起的光吸取剩下沟通重量〔动脉血的HbO2和Hb浓度随着血液的脉动做周期性的转变引起的。沟通重量的脉动规律与心脏的搏动全都，用来计算心率；两种沟通重量之比用来计算脉搏血氧饱和度〔2RIR 1 2由于生物组织是一个各向异性、强散射、弱吸取的简洁光学介质；LED发出的光虽然单色性很好但是也还是有确定光谱宽度，不同批次的LED的峰值波长也会有不全都性；再加之以上的线性公式也只是近似值。因此实际应用中，承受以下的公式来作阅历定标：1 2 ，其中，k，k，k1 2 系统组成各单元电路具体设计及性能指标计算电源电路局部AFE〔血氧)局部接收通道接收前端接收器是一个差分的电流-电压转阻放大器，将光电二极管的输入电流转换为适当的电压。其反响电阻RF可选择：1MΩ,500kΩ,250kΩ,100kΩ,50kΩ,25kΩ,10kΩ。反响电阻RF和反响电容C，组成一个低通滤波器。由于输入的电流时脉冲的，所以应F确保低通滤波器的时间常数RC具有足够的带宽，即：RF×CF≤接收通道采样时间/10。CF5pF,10pF,25pF,50pF,100pF,and250p，以及它们之间的任意组合。电流--电压放大器后面的其次级由电流DAC和一个放大器组成，它们可以补偿掉环境光噪声成分而仅仅是放大血氧容积波成分。电流DAC供给一个估算的补偿电流ICANCEL可选择：0,1,2,3,4,5,6,7,8,10μA，以使直流偏执信号对中到接近放大器的中点(±0.9V)R100,150,G200,300,4000dB(x1),3.5dB(x1.5),6dB(x2),9.5dB(x3),12dB(x4)，以获得更大的ADC动态范围。接收通道的采样时间是可以独立编程设置的，采样应在电流-电压放大器的输出稳定后才进展，应当延时一个稳定时间〔查电气特性表为7。4路信号：LED2、LED2环境噪声、LED1、LED1环境噪声，分别进展采样和保持。422位的ADC25%分时进展AD4路信号的数据流。ADC后面还有一个数字减法模块，可以计算出(LED2–LED2环境噪声)和(LED1LED1环境噪声)。环境光噪声补偿算法F AMI F GVDIFF=2×(IPLETH×R/R+I ×R/RF AMI F GVDIFF=其次级的差分输出；IPLETH=光电二极管电流的血氧容积波成分；IAMB=光电二极管电流的环境光噪声成分；RI=第一级和其次极之间的电阻，RI=100k；输出电压不应超过ADC的满量程±1.2V。接收时序时钟和定时信号内置振荡器在8MHz外部晶体的作用下产生一个8MHz2分频为4MHz的时钟，用于定时器模块、ADC、及诊断模块。定时器模块11路信号：2路放射信号、4路采样信号、4路转换信号、1路ADC复位信号，它们的上升沿和下降沿时间点都可以被编程，一共第0~29个瞬时值需配置。它们都是使用164MHz的计数器并以脉冲重复频率PRFPRF设置为500H。采样脉冲应延迟一个稳定时间约7ADC复位时间最小2CL。通过设置存放器来配置定时器，其配置步骤是：随PRPLED2→LED2ambient→LED1→LED1ambient。其次，随PRP周期开头，按挨次配置采样信号时序：LED2ambient→LED1→LED1ambient→LED2。最终，对齐两个放射LED脉冲的瞬时值。ADC操作和求平均值模块满量程输入电压是±1.2V，ADC22位的二进制补码，242位予以无视。在存放器2Ah(42)、2Bh(43)、2Ch(44)、2Dh(45)4路2Eh(46)、2Fh(47)2个差值数据。放射局部8DAC50mA。有两种驱动电路方式，本设计中使用头尾相连的放射对管，所以选择H桥的驱动方式。50μA可以在不工作时设置为关闭以削减功耗。诊断SPI接口存放器配置表本设计的存放器配置如下〔粗体字为非缺省值，应特别留意：地址存放器名读写缺省值设置值设计说明00hCONTROL0W000000h000000h复位后应置000001h，以使能SPI01hLED2STCR/W000000h0017C0hLED2t1=608002hLED2ENDCR/W000000h001F3EhLED2采样脉冲完毕点,t2=799803hLED2LEDSTCR/W000000h001770hLED2放射脉冲起始点,t3=600004hLED2LEDENDCR/W000000h001F3FhLED2放射脉冲完毕点,t4=799905hALED2STCR/W000000h000050hLED2环境噪声采样脉冲起始点,t5=8006hALED2ENDCR/W000000h0007CEhLED2环境噪声采样脉冲完毕点,t6=199807hLED1STCR/W000000h000820hLED1t7=208008hLED1ENDCR/W000000h0009f9hLED1采样脉冲完毕点,t8=399909hLED1LEDSTCR/W000000h0007D0hLED1放射脉冲起始点,t9=20230AhLED1LEDENDCR/W000000h000F9FhLED1放射脉冲完毕点,t10=39990BhALED1STCR/W000000h000FF0hLED1环境噪声采样脉冲起始点,t11=40800ChALED1ENDCR/W000000h00176EhLED1环境噪声采样脉冲完毕点,t12=59980DhLED2CONVSTR/W000000h000006hLED2t13=60EhLED2CONVENDR/W000000h0007CFhLED2转换脉冲完毕点,t14=19990FhALED2CONVSTR/W000000h0007D6hLED2t15=202310hALED2CONVENDR/W000000h000F9FhLED2环境噪声转换脉冲完毕点,t16=399911hLED1CONVSTR/W000000h000FA6hLED1t17=400612hLED1CONVENDR/W000000h00176FhLED1转换脉冲完毕点,t18=599913hALED1CONVSTR/W000000h001776hLED1t19=600614hALED1CONVENDR/W000000h001F3FhLED1环境噪声转换脉冲完毕点,t20=799915hADCRSTSTCT0R/W000000h000000h1ADCt21=016hADCRSTENDCT0R/W000000h000005h1ADCt22=517hADCRSTSTCT1R/W000000h0007D0h2ADCt23=202318hADCRSTENDCT1R/W000000h0007D5h2ADCt24=202319hADCRSTSTCT2R/W000000h000FA0h3ADCt25=40001AhADCRSTENDCT2R/W000000h000FA5h3ADCt26=40051BhADCRSTSTCT3R/W000000h001770h4ADCt27=60001ChADCRSTENDCT3R/W000000h001775h4ADCt28=60051DhPRPCOUNTR/W000000h001F3FhPRPCOUNT=7999，PRF=4MHz/7999=500Hz1EhCONTROL1R/W000000h000302hLED2LEDPD_ALM，LED1LED冲输出到管脚LED_ALM；定时器使能1FhSPARE1N/A000000h备用20hTIAGAINR/W000000h保存，设置互阻放大器增益21hTIA_AMB_GAINR/W000000h014100h补偿电流1μA，其次级增益×1.5，C=5pF，F22hLEDCNTRLR/W000000h011F1FhR=500KFLED16mA、LED26mA23hCONTROL2R/W000000h020230hHTx/Rx/AFE24hSPARE2N/A000000h备用25hSPARE3N/A000000h备用26hSPARE4N/A000000h备用27hRESERVED1N/AXXXXh--保存28hRESERVED2N/AXXXXh--保存29hALARMR/W000000h00080h使能输出相应脉冲到两个报警管脚2AhLED2VALR000000h--AD2BhALED2VALR000000h--AD2ChLED1VALR000000h--AD2DhALED1VALR000000h--AD2EhLED2-ALED2VALR000000h--红外光-红外光环境噪声AD值，波形是翻转的2FhLED1-ALED1VALR000000h--AD30hDIAGRR000000h--错误诊断标志血氧饱和度的算法AFE44006个存放器的数据可以输出：LED2VA：ALED2VAL：LED1VA：ALED1VAL：LED1-ALED1VAL：血氧饱和度

LED2(RED)信号LED2(RED)环境噪声LED1(IR)信号LED1(IR)环境噪声LED2(RED)信号减去环境噪声LED1(IR)信号