血氧仪的原理是基于氧化血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收差异特性,氧化血红蛋白会吸收更多的近红外光,允许更多的红光通过,而脱氧血红蛋白则恰恰相反,会主要吸收红光允许更多的红外光通过。利用上述原理,每个血氧仪内部的传感器探头会包含两个发光二极管,一个发出红光,另一个发出近红外光,与传感器探头对应还会有一个光电接收器,接收器会测量每个波长下的透射光强度,将二者读数的差异通过算法最终得到血氧浓度。
3PEAK思瑞浦应用于血氧仪的信号链产品
1.运算放大器
血氧仪的分立方案中一般会有运算放大器的需求,用于传感器小信号放大、光电转换或者降噪滤波等。
思瑞浦的LMV358B是一款高性价比的低压运算放大器,支持轨至轨的输入和输出,其独有的正偏Vos,可以避免较小的输入信号因为Vos为负值被抵消而难以检测的问题。运放每通道静态电流只有80uA,适合电池供电等对功耗有要求的场景。
另一款思瑞浦运放产品推荐TP243x,偏置电流仅有0.3pA,适合作为I/V转换使用,同样支持轨至轨的输入和输出,Vos最大仅有1mV,支持多种封装。
LMV358B主要性能
供电范围:2.5~5.5V
失调电压: 2mV Typical ( 1mV~ 4mV)
静态电流:80uA Typical (per CH)
带宽 & 压摆率:1MHz & 0.7V/us
TP243x主要性能
供电范围:2.2~5.5V
失调电压:1mV max
偏置电流:0.3pA Typical
静态电流:190uA Typical (per CH)
带宽 & 压摆率:1.6MHz & 0.9V/us
2.模拟开关
血氧仪内部需要来回切换红外光二极管和红光二极管,会用到一颗模拟开关。
思瑞浦的TPW1221是一款高性能的单刀双掷模拟开关,具有0.6ohm的超低导通阻抗,输入信号的电压支持负压,Vcc电压支持低至1.65V,可适配1.8V的电源系统,同时具有非常低的静态电流,大大提高了产品的续航时间。TPW1221的Latch-up能力高达600mA,远远高于业界平均水平,可显著提升产品的可靠性,另外还具有DFN1.4X1.8-10小封装,适合对体积有要求的场景。
TPW1221主要性能
输入电压:1.65~5.5V
通道数量:2-ch SPDT
导通阻抗:0.6ohm typical
信号带宽:80MHz
静态电流:1uA Typical
3.模数转换器ADC
传感器采集到的信号经过运放调理后,还需要模数转换器ADC采样才能进入MCU处理,分辨率一般要求12bit以上,如果MCU内部没有集成或者系统需要更高精度的ADC,一般会采用分立方案。
思瑞浦的TPC512x是一颗12bit的SAR ADC,支持8~16通道的单端输入和1MHz的采样速率,有两种可选输入量程(0~Vref或者0~2*Vref),芯片还支持Power-down模式以节省功耗,此操作可通过软件修改寄存器或者配置GPIO来实现。
TPC512x主要性能
架构:SAR ADC
分辨率:12 bit
INL/DNL:±0.4LSB/±0.5LSB Typical
采样速率:1MHz
对外接口:SPI
4.数模转换器DAC
为了控制发光二极管的驱动电路或对传感器回传的信号进行DC校准,可以通过数模转换器DAC来实现,分辨率一般大于12bit即可。
如果采用分立方案的话,可以考虑思瑞浦的TPC112Sx,这是一颗12bit单端输入的DAC,通道数量有1/4/8三种可选,在正常工作模式下DNL小于±1 LSB,可以保证12位无失码分辨率,内部集成的POR 电路来确保系统刚上电的时候DAC输出为零电平,直到接收到一个写命令,片上集成的缓冲输出级可以保证信号轨到轨输出,用户可以使用三线制控制方式进行控制,最高速率可以接受30MHz,兼容标准的SPI、QSPI、MICROWIRE 总线方式。
TPC112Sx主要性能
供电范围:2.7~5.5V
分辨率:12 bit
INL/DNL:±0.25 LSB/±0.05 LSB Typical
输出电压:0~Vref
应用于血氧仪的电源管理产品
1.线性充电器Charger
血氧仪设备的供电一般为两节干电池,也有部分产品使用到锂电池。
电池的Charger推荐思瑞浦的TPB4056,这是一款高性价比、高集成度的单电池锂离子或聚合物电池线性充电器。支持通过USB或AC适配器进行CC/CV充电,低BOM组件要求使整个系统体积更小。充电电流可通过外部电阻完全编程,最高可达1000mA。当充电电流降至设定最小充电电流以下时,自动终止充电周期。TPB4056集成了电流监控、UVLO、OVP功能,可防止芯片损坏。
TPB4056主要性能
Vin max:26.5V
充满电压:4.20V or 4.35V
最大充电电流:1000mA
封装:ESOP8、DFN2X2-8
2.升压转换器Boost
由于MCU、Sensor等器件通常工作在3.3V,这就需要使用升压转换器Boost将两节干电池的3.0V电源升压到3.3V给后面的MCU、sensor等供电。
思瑞浦的TPQ05100,是一颗适用于低压系统的同步型升压转换器。具有小于200nA的超低静态电流,输出电压2.5V ~ 5.5V可调,芯片支持下行模式和直通模式以适应不同应用场景。在下行模式下,芯片可调节输出电压至所期望的水平,在直通模式下,芯片就像一个输出电压跟随的开关。
TPQ05100主要性能
输入范围:0.9~5.5V
输出范围:2.5~5.5V
输出电流:600mA max
转换效率:96% @10~300mA
封装类型:WLCSP-6、DFN2X2-6
3.电压基准
ADC/DAC需要配合精密的基准源才能更高效的发挥作用,思瑞浦提供了不同规格的电压基准可供选择。
TPR6040Fxx是Shunt型基准,A等级的精度为0.1% max,温飘25ppm/℃,B等级的精度为0.2% max,温漂50ppm/℃。TPR35xx是Series型基准,最高输入电压5.5V,以上两种基准芯片都有多个输出电压版本可以选择。
TPR6040Fxx主要性能
基准类型:Shunt型
精度:0.1%/0.2% max
温漂:25/50ppm/℃ max
Isink:0.15~15mA
封装:SOT23-G
TPR35xx主要性能
基准类型:串联型
供电范围:2.1~5.5V
输出精度:0.2% max
温漂漂移:50ppm/℃ max
封装:SOT23-G
4.线性稳压器LDO
由于Sensor对噪声非常敏感,为了避免开关电源噪声的影响,通常采用LDO来供电,血氧仪受限于空间要求,需要小封装器件。
思瑞浦DFN封装的低压LDO--TPL710,产品具有非常低的静态电流,当负载动态变化时能够做到快速响应;外围稳定仅需2.2uF的陶瓷电容;全系产品都支持限流和过热保护,大大提高了产品的可靠性;还支持EN控制;可以输出1.0~3.6V之间的固定电压;有多种封装可以选择,包括SOT23-3、SOT23-5,还有适合小体积需求的DFN 1X1-4封装。
TPL710主要性能
供电范围:2.4~6.0V
输出电流:200mA max
静态电流:1.4uA typical
Vdrop:170mV@400mA
PSRR:53dB@1MHz
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