Maxim看電子血壓計的八大設(shè)計要點

隨著人們生活水平的提高，醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備開始逐步進入家庭，血壓計即為一種常見的家庭用醫(yī)療裝置。血壓計主要利用一個充氣袖帶和監(jiān)聽設(shè)備，通過偵聽的方式測 量血壓;也可以利用壓力傳感器測量血壓。這種血壓計可以通過兩種途徑實現(xiàn)：對袖帶手動充氣，利用聽診器監(jiān)聽動脈壁發(fā)出的聲音(聽診法);或者在血壓計內(nèi)部 嵌入一個壓力傳感器，對動脈壁的振動進行測量(振量法)。 自動檢測血壓計有兩種類型：上臂式血壓計和腕式血壓計。上臂式血壓計包含一個氣囊，測量時將其纏縛于上臂。充氣袖帶通過一條皮管連接到放置在手臂 附近的監(jiān)視器。腕式血壓計尺寸較小，整個裝置可以纏繞在手腕上，因此，這類產(chǎn)品對尺寸的要求比較嚴格。有些上臂式血壓計需要手動充氣，但目前市場上的多數(shù) 上臂式和腕式血壓計都采用了全自動設(shè)計。

圖1：上臂式血壓計

測量技術(shù)：自動電子血壓計首先對袖帶充氣使其具有足夠的壓力，從而阻止血液在局部主動脈的流動。隨著壓力逐漸釋放，當 血液開始流過動脈時，測量到的壓力值為心臟收縮壓。同時還可以監(jiān)測到脈搏跳動的速率。繼續(xù)緩慢放氣，使袖帶內(nèi)壓力逐漸降低，當袖帶壓力降低到等于或稍低于 舒張壓時，血流又恢復暢通，此時測量到的數(shù)值相當于心臟的舒張壓。由此完成一次完整的測量周期，整個過程由裝置中的泵、充氣袖帶、電子閥和壓力傳感器完 成。 壓力傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)過運算放大器或儀表放大器調(diào)理后送入ADC。然后，針對不同類型的傳感器和監(jiān)視器，采用適當?shù)姆椒ㄔ跀?shù)字域計算心臟收縮 壓、舒張壓和脈搏速率，并將得到的結(jié)果顯示在液晶屏上，通常還會將數(shù)據(jù)和對應(yīng)的時間/日期存儲到非易失存儲器內(nèi)。

圖2：腕式血壓計

語音提示：血壓計的音頻提示可以是簡單的蜂鳴聲，也可以采用高端語音提示。簡單的蜂鳴器可以利用微控制器的一個或兩個脈寬調(diào)制(PWM)輸出端口 驅(qū)動;對于高級語音提示功能電路，可以選擇音頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和放大器處理音頻信號。 電源管理：上臂式血壓計通常采用4節(jié)AAA堿性電池供電，腕式血壓計大多采用2節(jié)AAA堿性電池供電。血壓計泵和模擬電路要求5V或3.3V供 電，數(shù)字電路根據(jù)具體采用的測量技術(shù)選擇3.3V或1.8V供電。由此，一個典型的上臂式血壓計需要一路升/降壓開關(guān)電源為泵/模擬電路提供5V電源，另 外還需要一路低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)為數(shù)字電路供電。典型的腕式血壓計則采用升壓轉(zhuǎn)換器提供泵/模擬電路所需的3.3V電源，利用一個LDO將輸入電 壓轉(zhuǎn)換到1.8V，為數(shù)字電路供電。

圖3：帶有語音提示功能的血壓計功能模塊

為了延長電池使用壽命，血壓計步工作時可以關(guān)斷電源，而只維持實時時鐘(RTC)有效并可快速恢 復血壓計的工作狀態(tài)。

數(shù)據(jù)接口 ：有些血壓計能夠把數(shù)據(jù)上傳到計算機，以便進行更深入的分析和后期測量跟蹤，可以通過USB接口傳輸數(shù)據(jù)?？梢赃x擇一個分立的USB收發(fā)器，也可以 選擇內(nèi)置這種收發(fā)器微控制器。

顯示與背光：血壓計大多使用簡單的段式LCD顯示器，其中包含100段或更少的段碼，LCD驅(qū)動器通常集成在微控制器內(nèi)部。利用一個或兩個白光 LED或EL燈提供背光源。腕式血壓計可以采用開關(guān)電源拓撲提供白光LED驅(qū)動，上臂式血壓計則可采用線性穩(wěn)壓器提供白光LED驅(qū)動。

微控制器：血壓計功能電路的核心是微控制器，Maxim開發(fā)的MAXQ2010微控制器是一款低功耗、16位器件，包含高性能12位多路ADC和 LCD接口。配合高性能、低功耗混合信號集成電路，可以理想地用于血壓計設(shè)計。器件具有64KB閃存、2KB RAM、3個16位定時器和2個通用同步/異步接收器/發(fā)送器(USART)。閃存有助于原型開發(fā)和量產(chǎn)，對于成本要求嚴格的大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，可以選擇 掩模ROM版本。微控制器工作于2.7V至3.6V電源。為實現(xiàn)低功耗性能，MAXQ2010包含低功耗睡眠模式，可以有選擇地關(guān)閉外圍器件，并有多種省 電模式。

圖4：MAXQ2010的結(jié)構(gòu)組成

靜電放電：所有血壓計監(jiān)視器必須通過IEC 61000-4-2的靜電放電(ESD)測試要求，可以利用內(nèi)置ESD保護的器件，或者采用ESD保護線對暴露在接口位置的線路加以保護。