<meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>

          新聞中心

          EEPW首頁 > 醫(yī)療電子 > 設計應用 > 光電容積脈搏波(PPG)遠程病人生命體征監(jiān)護儀的電源子系統(tǒng)——第二部分

          光電容積脈搏波(PPG)遠程病人生命體征監(jiān)護儀的電源子系統(tǒng)——第二部分

          作者:Felipe Neira和Marc Smith 時間:2023-03-24 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:這篇文章分兩部分,介紹經(jīng)過驗證的針對遠程病人生命體征監(jiān)測應用的開關模式電源電路設計,包括具有出色系統(tǒng)信噪比性能的生物傳感器。第一部分說明提供出色性能的分立解決方案,第二部分說明針對空間受限應用的集成解決方案。


          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202303/444863.htm

          您將會學到什么知識:

          ●   了解如何根據(jù)系統(tǒng)要求選擇電源配置。

          ●   審查分立(第一部分)和集成設計(第二部分)的開關模式電源參考電路的實現(xiàn)。

          ●   理解電源性能測試方法,以在不同器件用例和瞬態(tài)加載條件下驗證系統(tǒng)。

          ●   獲取檢查清單以驗證實現(xiàn)。

          ●   獲得故障排除知識以解決實施問題。

          本文分兩部分,介紹經(jīng)過預先驗證的針對()遠程病人生命體征監(jiān)測應用的電源電路設計,包括具有出色系統(tǒng)信噪比性能的生物傳感器。器件可用來測量血容量的變化,從中得出血氧水平和心率等生命體征信息。第一部分說明了提供出色性能的分立電源電路設計解決方案,其使用MAX86171光脈沖血氧儀和心率傳感器模擬前端(AFE)。第二部分將說明用于空間受限應用的集成解決方案,其使用MAX86141光學脈搏血氧儀和心率傳感器AFE(也可配合MAX86171使用)。

          如本文第一部分所述,為了簡化和加快開發(fā)流程,ADI公司提供經(jīng)過預先驗證(即設計、構建和測試)的電路設計,以保障每個生物傳感AFE器件的信噪比(SNR)性能。我們在第一部分中提供了分立方案,現(xiàn)在我們將提供集成解決方案。

          重申一下,下面詳細介紹這些電源電路,每個示例都附有驗證檢查清單和故障排除指南,以在有需要的時候幫助電路設計人員。圖1顯示了許多遠程病人監(jiān)測應用中都會看到的標準電源框圖。 

          設計限值:

          輸入

          輸出(VDIG、VANA、VLED)

          噪聲,RTO

          VIMIN

          VIMAX

          VOMIN

          VOMAX

          VPP(max)

          3.0V1

          4.2V1

          1.6V

          2.0V

          30mVPP

          2.0V2

          3.0V2

          1.6V

           

          2.0V

           

          30mVPP


          4.7V

          5.3V

          20mVPP

          注釋:

          二次電池(LiPo)

          一次電池(鋰紐扣電池)

          設計配置

          設計配置

          電池實現(xiàn)

          電路板區(qū)域布局注意事項

           

          分立

          一次(紐扣電池)
          二次(Li & LiPo)

          實現(xiàn)單獨的分立電路。


          集成

           

          二次(Li & LiPo)

          使用單個集成電路以使電路板面積要求最小化。

          僅支持二次電池。

          集成設計描述

          這種DC-DC電源管理集成電路(PMIC)設計可用來調(diào)節(jié)三輸出電源軌,以用于遠程病人生命體征監(jiān)測子系統(tǒng)。該IC具有單電感多輸出(SIMO)降壓-升壓調(diào)節(jié)器,通過單個電感提供電源軌,以最大限度地減小總體解決方案尺寸,同時保持高效率。

          此電路提供適當?shù)碾妷汉拓撦d調(diào)整率,同時保持低輸出噪聲水平,以維護由可充電鋰聚合物電池供電的生物傳感器信噪比(SNR)性能。圖2顯示了使用集成電源器件的PPG子系統(tǒng)。

          關鍵元件:

          標識

          元件

          描述

          U1

          DC-DC轉(zhuǎn)換器

          電源轉(zhuǎn)換器件(MAX77642)

          L1

          2.2μH電感

          低等效串聯(lián)電阻(ESR)電感(能量)儲存元件1

          C1

          22μF電容

          低ESR電容(能量)儲存元件1

          L1和C1是特別選擇的無源元件,對于DC-DC轉(zhuǎn)換器(也稱為開關模式電源)的性能至關重要。

          使用PMIC的1.8V/1.8V/5.0V SMPS電路

          以下電路基于MAX77642 PMIC,顯示了在遠程病人生命體征監(jiān)測應用中正確操作SMPS器件的典型輸入和輸出電源電平。如圖3所示,可以使用數(shù)字萬用表(DMM)探測輸入和輸出端口,以驗證電源電壓電平。電源輸出電平可能因為各種因素而不同,例如:

          電池放電。

          負載變化(器件模式變更、器件從睡眠模式喚醒等)。

          1.8V/1.8V/5.0V SMPS電路驗證檢查清單

          圖4顯示了用于遠程病人生命體征監(jiān)測的集成MAX77642 PMIC。

          集成1.8V/1.8V/5.0V SMPS電路驗證檢查清單

          下表可用作檢查清單來驗證1.8V/1.8V/5.0V SMPS電路的操作,該電路使用MAX77642器件并連接到一個生物傳感電路負載。

          步驟

          操作

          程序步驟

          測量

          需要幫助?

          1

          檢查輸入直流電源

           

          LP401230 LiPo電池

          測量電池兩端的電壓 

          讀數(shù)范圍: 

           

           

          3.0V – 4.2V

          故障排除說明

          2

          檢查輸入直流電源

           

          LP401230 LiPo電池

          測量CIN兩端的電壓

          讀數(shù)范圍: 

           

           

          3.0V – 4.2V

          3

          檢查VOUT直流電平

          測量以GND為基準的SBB1輸出直流電壓

          模擬1.8V讀數(shù)范圍:1.71V – 1.89V

          4


          測量以GND為基準的SBB0輸出直流電壓

          數(shù)字1.8V讀數(shù)范圍:1.71V – 1.89V

          5


          測量以GND為基準的SBB2輸出直流電壓


          6

          檢查模擬1.8V輸出噪聲電平

          在C5上使用豬尾引線10x單端探頭或差分有源探頭

           

          紋波噪聲電平應 < 20mVPP




          開關尖峰應 < 30mVP

          7

          檢查數(shù)字1.8V輸出噪聲電平

           在C4上使用豬尾引線10x單端探頭或差分有源探頭

           

          紋波噪聲電平應 < 20mVPP




          開關尖峰應 < 30mVP

          8

          檢查模擬5.0V輸出噪聲電平

           在C6上使用豬尾引線10x單端探頭或差分有源探頭

           

          紋波噪聲電平應 < 20mVPP




          開關尖峰應 < 30mVP

          1.8V/1.8V/5.0V SMPS電路故障排除指南

          如果1.8V/1.8V/5.0V SMPS電路的操作出現(xiàn)問題,以下電路故障排除說明(圖5)可為設計人員提供幫助。本指南解決實現(xiàn)此類集成開關模式電源時可能遇到的最常見問題。

          MAX77642 SMPS電路故障排除:

          第1步 – 檢查輸入電壓:使用內(nèi)部阻抗為1MΩ或更大的數(shù)字萬用表(DMM)(例如Fluke 87)測量MAX77642器件輸入端的電壓。務必將負極“黑色”引線連接到地,正極“紅色”引線連接到器件的輸入“IN”引腳。如果輸入引腳不易接近,請將引線穿過輸入電容CIN。

          使用下表診斷和解決相關問題:

          輸入電壓讀數(shù)

          潛在原因

          操作

          注釋

          零伏/無讀數(shù)

          電池未充電。

          電池有缺陷。

           

           

          斷開電池并檢查電壓。如果讀數(shù)為0V,請給電池充電。 

          如果無法充電,請更換電池。


          無電池連接

          (IN或GND線)

          斷開電池,測試從電池連接器到器件輸入的電導率。

          PCB可能有開路。


          輸入電容對地短路

          斷開電池,檢查電容的連續(xù)性。 

          PCB可能有短路。

          讀數(shù) < 2.8V

          電池電量低

          電池有缺陷

          斷開電池并檢查電壓。如果讀數(shù)低于2.8V,請給電池充電。 

          如果無法充電,請更換電池。

          2.8V ≥ 讀數(shù) ≤ 4.2V


          無操作。

          可工作。

          讀數(shù) ≥ 4.2V

          電池有缺陷

          更換電池。


          第2步 – 檢查電感信號波形:使用示波器或數(shù)字存儲示波器(DSO)探測MAX77642器件上的LXA引腳。如果輸入引腳不易接近,請將探頭放在(LXA)電感端電容上。

          注釋:建議使用最小帶寬為200MHz的示波器和探頭。

          如果電路正常工作,則波形應為一系列脈沖波,上升沿和下降沿的振鈴最小,如圖6所示。

          脈沖波形展示了共享單個電感的三個開關模式電源(也稱為SIMO電源)的時分復用。 

          與理想脈沖波系列的偏差可用于有效診斷和解決許多問題。

          使用下表診斷和解決相關問題:

          輸入波形 

          潛在原因

          操作

          注釋

          幅度不正確

          IN pin open

          IN引腳開路

           

          斷開電池并檢查與DMM的所有連接。

          如果需要,修理PCB。

          占空比不正確(缺失脈沖)




          SSB0脈沖缺失

          EN0對GND短路

          檢查0V的SSB0輸出。

          斷開電池,測試從EN0引腳到GND的電導率。 

          PCB可能有短路。

          SSB1脈沖缺失

          EN1對GND短路

          檢查0V的SSB1輸出。

          斷開電池,測試從EN0引腳到GND的電導率。 

          PCB可能有短路。

          SSB2脈沖缺失

          EN2對GND短路

          檢查0V的SSB2輸出。

          斷開電池,測試從EN0引腳到GND的電導率。 

          PCB可能有短路。

          占空比不正確(脈沖寬度不正確)

          輸出電壓選擇電阻;器件有缺陷。

          識別與不正確PW相關的SSBx通道,按照以下相關步驟操作。


          SSB0 PW不正確

          RSET_SSB0對GND短路(SSB0 VO=0.5V)

          斷開電池并測試40.2KΩ接GND電阻。 

          電阻損壞/錯誤。PCB可能有短路。


          RSET_SSB0引腳開路(SSB0 VO=5.2V)

          斷開電池,測試從電阻到RSET_SSB0引腳的電導率。

          PCB可能有開路。焊接不良。


          RSET_SSB0電阻值錯誤

          斷開電池并測試40.2KΩ接GND電阻。 

          安裝的電阻損壞/不正確。

          SSB1 PW不正確

          RSET_SSB1對GND短路(SSB1 VO=0.5V)

          斷開電池并測試28KΩ接GND電阻。 

          電阻損壞(短路)。PCB可能有短路。


          RSET_SSB0引腳開路(SSB1 VO=5.2V)

          斷開電池,測試從電阻到RSET_SSB1引腳的電導率。

          PCB可能有開路。焊接不良。


          RSET_SSB0電阻值錯誤

          斷開電池并測試28KΩ接GND電阻。 

          安裝的電阻損壞/不正確。

          SSB2脈沖缺失

          RSET_SSB2對GND短路(SSB2 VO=0.5V)

          斷開電池并測試536KΩ接GND電阻。 

          電阻損壞(短路)。PCB可能有短路。


          RSET_SSB2引腳開路(SSB2 VO=5.5V)

          斷開電池,測試從電阻到RSET_SSB2引腳的電導率。

          PCB可能有開路。焊接不良。


          RSET_SSB2電阻值錯誤

          斷開電池并測試536KΩ接GND電阻。 

          安裝的電阻損壞/不正確。

          波形失真

          圓形上升沿

          電感連接不良

          重新連接電感。更換電感。

          連接不良會導致線路電阻較高。

          第3A步 – 檢查輸出直流電壓:使用內(nèi)部阻抗為1MΩ或更大的DMM(例如Fluke 87)測量MAX77642器件三個輸出端的電壓。務必將負極“黑色”引線接地,正極“紅色”引線連接到器件的相關SSBx通道輸出“OUT”引腳。如果輸出引腳不易接近,請將引線穿過相關輸出電容COUT。

          使用下表診斷和解決相關SSB0 (1.8VDC)輸出問題:

          輸出電壓讀數(shù)

          潛在原因

          操作

          注釋

          SSB0:零伏/無讀數(shù)

          從SSB0到COUT無連接。

          斷開電池,測試從輸出到COUT的電導率。

          PCB可能有開路。


          輸出電容對地短路。

          斷開電池,檢查電容的連續(xù)性。 

          PCB可能有短路。

          SSB0:讀數(shù)過低 

          (< 1.71 VDC)

          電感值錯誤

          電感飽和

          RSET_SSB0值錯誤。

          斷開電池,檢查電感和/或電阻值。 


          1.71V ≥ 讀數(shù) ≤ 1.89V


          無操作。

          可工作。

          讀數(shù)過高

          (> 1.89 VDC)

          RSEL 值錯誤。

          斷開電池并檢查RSEL值。 


          使用下表診斷和解決相關SSB1 (1.8VDC)輸出問題:

          輸出電壓讀數(shù)

          潛在原因

          操作

          注釋

          SSB1:零伏/無讀數(shù)

          從SSB0到COUT無連接。

          斷開電池,測試從輸出到COUT的電導率。

          PCB可能有開路。


          輸出電容對地短路。

          斷開電池,檢查電容的連續(xù)性。 

          PCB可能有短路。

          SSB1:讀數(shù)過低 

          (< 1.71 VDC)

          電感值錯誤

          電感飽和

          RSET_SSB1值錯誤。

          斷開電池,檢查電感和/或電阻值。 


          1.71V ≥ 讀數(shù) ≤ 1.89V


          無操作。

          可工作。

          SSB1讀數(shù)過高

          (> 1.89 VDC)

          RSEL 值錯誤。

          斷開電池并檢查RSEL值。 


          使用下表診斷和解決相關SSB2 (5.0VDC)輸出問題:

          輸出電壓讀數(shù)

          潛在原因

          操作

          注釋

          SSB2:零伏/無讀數(shù)

          從SSB0到COUT無連接。

          斷開電池,測試從輸出到COUT的電導率。

          PCB可能有開路。


          輸出電容對地短路

          斷開電池,檢查電容的連續(xù)性。 

          PCB可能有短路。

          SSB2:讀數(shù)過低 

          (< 4.75 VDC)

          電感值錯誤

          電感飽和

          RSET_SSB2值錯誤。

          斷開電池,檢查電感和/或電阻值。 


          4.75V ≥ 讀數(shù) ≤ 5.25V


          無操作。

          可工作。

          SSB1讀數(shù)過高

          (> 5.259 VDC)

          RSEL 值錯誤。

          斷開電池并檢查RSEL值。 


          第3B步–檢查輸出交流電壓:使用示波器或DSO,通過探測MAX77642器件的三個輸出來測量輸出紋波(AC)。建議使用差分技術正確測量輸出并避免射頻拾取。 

          注釋:建議使用最小帶寬為200MHz的示波器和探頭。

          如果電路工作正常,SSB0波形應該是1.8VDC(數(shù)字)輸出,上面疊加一個小紋波波形。圖7顯示了波紋波形。

          使用下表診斷和解決相關問題:

          輸入波形 

          潛在原因

          操作

          注釋

          紋波幅度過高 

          電容值錯誤;電容有缺陷。

          斷開電池并檢查與DMM的所有連接;測量電容值。


          寬帶噪聲過高

          負載過大;環(huán)境噪聲。 

          檢查負載和環(huán)境噪聲。 

          使用差分探頭探測輸出以減少環(huán)境噪聲。

          躍遷尖峰過高

          負載電感過大;輸入電流不足。

          檢查線路電感;用示波器檢查輸入電流。


          如果電路工作正常,SSB1波形應該是1.8VDC(模擬)輸出,上面疊加一個小紋波波形。圖8顯示了波紋波形。

          使用下表診斷和解決相關問題:

          輸入波形 

          潛在原因

          操作

          注釋

          紋波幅度過高 

          電容值錯誤;電容有缺陷。

          斷開電池并檢查與DMM的所有連接;測量電容值。


          寬帶噪聲過高

          負載過大;環(huán)境噪聲。 

          檢查負載和環(huán)境噪聲。 

          使用差分探頭探測輸出以減少環(huán)境噪聲。

          躍遷尖峰過高

          負載電感過大;輸入電流不足。

          檢查線路電感;用示波器檢查輸入電流。


          如果電路工作正常,SSB2波形應該是5.0VDC(用于LED)輸出,上面疊加一個小紋波波形。圖9顯示了紋波波形。   

          使用下表診斷和解決相關問題:

          輸入波形 

          潛在原因

          操作

          注釋

          紋波幅度過高 

          電容值錯誤;電容有缺陷。

          斷開電池并檢查與DMM的所有連接;測量電容值。


          寬帶噪聲過高

          負載過大;環(huán)境噪聲。 

          檢查負載和環(huán)境噪聲。 

          使用差分探頭探測輸出以減少環(huán)境噪聲。

          躍遷尖峰過高

          負載電感過大;輸入電流不足。

          檢查線路電感;用示波器檢查輸入電流。


          結語

          本文介紹了經(jīng)過預先驗證的電源電路,包括分立式和集成式,適用于基于MAX86171和基于MAX86141的PPG。集成式和分立式開關模式電源電路設計均支持PPG性能,但集成解決方案尺寸更小,元件數(shù)量更少,建議用于尺寸受限的應用。

          欲了解分立和集成電源實現(xiàn)方案的相應驗證測試數(shù)據(jù),請訪問Maxim Integrated(現(xiàn)為ADI公司一部分)網(wǎng)站:“適用于”。

          參考文獻:

          用于生命體征監(jiān)護儀的

          設計高精度、可穿戴的光學心率監(jiān)護儀

          關于作者

          Felipe Neira

          應用技術團隊高級成員 - 培訓和技術服務

          Maxim Integrated(現(xiàn)為ADI公司一部分)

          作者簡介:Felipe Neira是Maxim Integrated(現(xiàn)為ADI公司一部分)的應用工程師。他喜歡鉆研便攜式和可穿戴解決方案,側重于健康傳感器的電池電源管理。此外,他為ADI公司的所有廣泛市場產(chǎn)品提供技術支持。Felipe畢業(yè)于加利福尼亞大學圣克魯斯分校,獲電氣工程學士學位(BSEE),畢業(yè)后不久即加入本公司。

          Marc Smith

          應用技術團隊主要成員 

          Maxim Integrated(現(xiàn)為ADI公司一部分)

          作者簡介:Marc Smith是Maxim Integrated(現(xiàn)為ADI公司一部分)的健康與醫(yī)療生物傳感應用技術團隊的成員。他是MEMS和傳感器技術領域的行業(yè)專家,在針對多個市場的傳感器產(chǎn)品和電子開發(fā)方面擁有超過30年的經(jīng)驗。Marc擁有12項專利,并撰寫了十多份出版物。他獲得了加利福尼亞大學伯克利分校的電氣工程學士學位(BSEE)和加利福尼亞圣瑪麗學院的工商管理碩士學位(MBA)。



          評論


          相關推薦

          技術專區(qū)

          關閉
          看屁屁www成人影院,亚洲人妻成人图片,亚洲精品成人午夜在线,日韩在线 欧美成人 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();