隨著疫情防控政策的調(diào)整，血氧儀成為了居民居家健康檢測的首選醫(yī)療設(shè)備。近一段時(shí)間，血氧儀的需求大幅攀升，已出現(xiàn)供不應(yīng)求甚至斷貨情況。那么，為什么血氧會(huì)成為判斷自身健康狀況的重要指標(biāo)呢？這要從新冠病毒會(huì)影響血氧濃度說起。

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血氧，即血氧飽和度（SpO2），也就是在人體血液中，被氧結(jié)合的氧合血紅蛋白的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白容量的百分比，這是衡量人體是否健康的重要指標(biāo)。

血氧儀的原理是基于氧化血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收差異特性，氧化血紅蛋白會(huì)吸收更多的近紅外光，允許更多的紅光通過，而脫氧血紅蛋白則恰恰相反，會(huì)主要吸收紅光允許更多的紅外光通過。利用上述原理，每個(gè)血氧儀內(nèi)部的傳感器探頭會(huì)包含兩個(gè)發(fā)光二極管，一個(gè)發(fā)出紅光，另一個(gè)發(fā)出近紅外光，與傳感器探頭對應(yīng)還會(huì)有一個(gè)光電接收器，接收器會(huì)測量每個(gè)波長下的透射光強(qiáng)度，將二者讀數(shù)的差異通過算法最終得到血氧濃度。

血氧儀應(yīng)用方案框圖

應(yīng)用于血氧儀的信號鏈產(chǎn)品

運(yùn)算放大器

血氧儀的分立方案中一般會(huì)有運(yùn)算放大器的需求，用于傳感器小信號放大、光電轉(zhuǎn)換或者降噪濾波等。

思瑞浦的LMV358B是一款高性價(jià)比的低壓運(yùn)算放大器，支持軌至軌的輸入和輸出，其獨(dú)有的正偏Vos，可以避免較小的輸入信號因?yàn)閂os為負(fù)值被抵消而難以檢測的問題。運(yùn)放每通道靜態(tài)電流只有80uA，適合電池供電等對功耗有要求的場景。

另一款思瑞浦運(yùn)放產(chǎn)品推薦TP243x，偏置電流僅有0.3pA，適合作為I/V轉(zhuǎn)換使用，同樣支持軌至軌的輸入和輸出，Vos最大僅有1mV，支持多種封裝。

LMV358B主要性能

供電范圍：2.5~5.5V

失調(diào)電壓：+2mV Typical (+1mV~+4mV)

靜態(tài)電流：80uA Typical (per CH)

帶寬 & 壓擺率：1MHz & 0.7V/us

TP243x主要性能

供電范圍：2.2~5.5V

失調(diào)電壓：1mV max

偏置電流：0.3pA Typical

靜態(tài)電流：190uA Typical (per CH)

帶寬 & 壓擺率：1.6MHz & 0.9V/us

模擬開關(guān)

血氧儀內(nèi)部需要來回切換紅外光二極管和紅光二極管，會(huì)用到一顆模擬開關(guān)。

思瑞浦的TPW1221是一款高性能的單刀雙擲模擬開關(guān)，具有0.6ohm的超低導(dǎo)通阻抗，輸入信號的電壓支持負(fù)壓，Vcc電壓支持低至1.65V，可適配1.8V的電源系統(tǒng)，同時(shí)具有非常低的靜態(tài)電流，大大提高了產(chǎn)品的續(xù)航時(shí)間。TPW1221的Latch-up能力高達(dá)600mA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于業(yè)界平均水平，可顯著提升產(chǎn)品的可靠性，另外還具有DFN1.4X1.8-10小封裝，適合對體積有要求的場景。

TPW1221主要性能

輸入電壓：1.65~5.5V

通道數(shù)量：2-ch SPDT

導(dǎo)通阻抗：0.6ohm typical

信號帶寬：80MHz

靜態(tài)電流：1uA Typical

模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC

傳感器采集到的信號經(jīng)過運(yùn)放調(diào)理后，還需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣才能進(jìn)入MCU處理，分辨率一般要求12bit以上，如果MCU內(nèi)部沒有集成或者系統(tǒng)需要更高精度的ADC，一般會(huì)采用分立方案。

思瑞浦的TPC512x是一顆12bit的SAR ADC，支持8~16通道的單端輸入和1MHz的采樣速率，有兩種可選輸入量程（0~Vref或者0~2*Vref），芯片還支持Power-down模式以節(jié)省功耗，此操作可通過軟件修改寄存器或者配置GPIO來實(shí)現(xiàn)。

TPC512x主要性能

架構(gòu)：SAR ADC

分辨率：12 bit

INL/DNL：±0.4LSB/±0.5LSB Typical

采樣速率：1MHz

對外接口：SPI

數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC

為了控制發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電路或?qū)鞲衅骰貍鞯男盘栠M(jìn)行DC校準(zhǔn)，可以通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC來實(shí)現(xiàn)，分辨率一般大于12bit即可。

如果采用分立方案的話，可以考慮思瑞浦的TPC112Sx，這是一顆12bit單端輸入的DAC，通道數(shù)量有1/4/8三種可選，在正常工作模式下DNL小于±1 LSB，可以保證12位無失碼分辨率，內(nèi)部集成的POR 電路來確保系統(tǒng)剛上電的時(shí)候DAC輸出為零電平，直到接收到一個(gè)寫命令，片上集成的緩沖輸出級可以保證信號軌到軌輸出，用戶可以使用三線制控制方式進(jìn)行控制，最高速率可以接受30MHz，兼容標(biāo)準(zhǔn)的SPI、QSPI、MICROWIRE 總線方式。

TPC112Sx主要性能

供電范圍：2.7~5.5V

分辨率：12 bit

INL/DNL：±0.25 LSB/±0.05 LSB Typical

輸出電壓：0~Vref

應(yīng)用于血氧儀的電源管理產(chǎn)品

線性充電器Charger

血氧儀設(shè)備的供電一般為兩節(jié)干電池，也有部分產(chǎn)品使用到鋰電池。

電池的Charger推薦思瑞浦的TPB4056，這是一款高性價(jià)比、高集成度的單電池鋰離子或聚合物電池線性充電器。支持通過USB或AC適配器進(jìn)行CC/CV充電，低BOM組件要求使整個(gè)系統(tǒng)體積更小。充電電流可通過外部電阻完全編程，最高可達(dá)1000mA。當(dāng)充電電流降至設(shè)定最小充電電流以下時(shí)，自動(dòng)終止充電周期。TPB4056集成了電流監(jiān)控、UVLO、OVP功能，可防止芯片損壞。

TPB4056主要性能

Vin max：26.5V

充滿電壓：4.20V or 4.35V

最大充電電流：1000mA

封裝：ESOP8、DFN2X2-8

升壓轉(zhuǎn)換器Boost

由于MCU、Sensor等器件通常工作在3.3V，這就需要使用升壓轉(zhuǎn)換器Boost將兩節(jié)干電池的3.0V電源升壓到3.3V給后面的MCU、sensor等供電。

思瑞浦的TPQ05100，是一顆適用于低壓系統(tǒng)的同步型升壓轉(zhuǎn)換器。具有小于200nA的超低靜態(tài)電流，輸出電壓2.5V ~ 5.5V可調(diào)，芯片支持下行模式和直通模式以適應(yīng)不同應(yīng)用場景。在下行模式下，芯片可調(diào)節(jié)輸出電壓至所期望的水平，在直通模式下，芯片就像一個(gè)輸出電壓跟隨的開關(guān)。

TPQ05100主要性能

輸入范圍：0.9~5.5V

輸出范圍：2.5~5.5V

輸出電流：600mA max

轉(zhuǎn)換效率：96% @10~300mA

封裝類型：WLCSP-6、DFN2X2-6

電壓基準(zhǔn)

ADC/DAC需要配合精密的基準(zhǔn)源才能更高效的發(fā)揮作用，思瑞浦提供了不同規(guī)格的電壓基準(zhǔn)可供選擇。

TPR6040Fxx是Shunt型基準(zhǔn)，A等級的精度為0.1% max，溫飄25ppm/℃，B等級的精度為0.2% max，溫漂50ppm/℃。TPR35xx是Series型基準(zhǔn)，最高輸入電壓5.5V，以上兩種基準(zhǔn)芯片都有多個(gè)輸出電壓版本可以選擇。

TPR6040Fxx主要性能

基準(zhǔn)類型：Shunt型

精度：0.1%/0.2% max

溫漂：25/50ppm/℃ max

Isink：0.15~15mA

封裝：SOT23-G

TPR35xx主要性能

基準(zhǔn)類型：串聯(lián)型

供電范圍：2.1~5.5V

輸出精度：0.2% max

溫漂漂移：50ppm/℃ max

封裝：SOT23-G

線性穩(wěn)壓器LDO

由于Sensor對噪聲非常敏感，為了避免開關(guān)電源噪聲的影響，通常采用LDO來供電，血氧儀受限于空間要求，需要小封裝器件。

思瑞浦DFN封裝的低壓LDO--TPL710，產(chǎn)品具有非常低的靜態(tài)電流，當(dāng)負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)能夠做到快速響應(yīng)；外圍穩(wěn)定僅需2.2uF的陶瓷電容；全系產(chǎn)品都支持限流和過熱保護(hù)，大大提高了產(chǎn)品的可靠性；還支持EN控制；可以輸出1.0~3.6V之間的固定電壓；有多種封裝可以選擇，包括SOT23-3、SOT23-5，還有適合小體積需求的DFN 1X1-4封裝。

TPL710主要性能

供電范圍：2.4~6.0V

輸出電流：200mA max

靜態(tài)電流：1.4uA typical

Vdrop：170mV@400mA

PSRR：53dB@1MHz

血氧儀作為目前備受關(guān)注的家用醫(yī)療產(chǎn)品，短時(shí)間內(nèi)需求量激增。對于上游芯片供應(yīng)商而言，這非?？简?yàn)產(chǎn)品的按時(shí)交付能力，同時(shí)又因血氧儀獨(dú)特的醫(yī)療屬性，測量精確性和質(zhì)量可靠性更是缺一不可。

思瑞浦憑借高性能、高精度、高可靠性的產(chǎn)品優(yōu)勢，以及嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系和穩(wěn)定完善的交付體系，與醫(yī)療健康龍頭客戶建立了長期合作與供貨關(guān)系。思瑞浦將持續(xù)產(chǎn)品創(chuàng)新正向研發(fā)，為家用健康醫(yī)療設(shè)備智能化、精確化的升級提供成熟的技術(shù)方案，為家庭健康構(gòu)筑“芯”堡壘！

審核編輯?黃昊宇

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