TS951X系列指夾式血氧儀專用芯片介紹
發布時間：2022-09-02 瀏覽：19521說到指夾式血氧儀首先要了解一下什么是血氧飽和度。血氧飽和度（SaO2）指的是人體血液中被氧結合的氧合血紅蛋白的容量占全部可結合的血紅蛋白容量的百分比，通俗的理解為血液中氧的濃度。血氧飽和度與心率、血壓、呼吸頻率、體溫并稱為人體最關鍵的五大健康指標，尤其是在此次蔓延全球的疫情下，血氧飽和度的檢測尤為重要。
由國家衛生健康委辦公廳、國家中醫藥管理局辦公室聯合印發的《新型冠狀病毒肺炎診療方案》中，當指氧飽和度（從手指上測量的血氧飽和度）低于 93%（健康者的指氧飽和度在 98%左右）即為重癥患者，需要進行輔助呼吸治療。
血氧濃度驟然下降成為監測病情判定病情變化一項重要依據，對于一些輕癥患者，家用便攜小巧的指夾式血氧儀被醫生推薦，很多品牌的血氧儀線上被搶購一空。
最早一代血氧檢測儀誕生于上個世紀的 30-40 年代，夾在耳朵上，二次世界大戰爆發后，主要用于戰機飛行員，隨著飛機高度升高，空氣中氧氣的含量降低。在高空飛行時要監測飛行員血氧飽和程度，決定是否需要吸氧。但是，當初這個設備非常不準確。
隨著測量方法的改進以及技術的更新，血氧儀的測量速度越來越快，精度也大幅提高，造型也變得十分的小巧便捷。
指夾式血氧儀測量的原理則是基于動脈搏動期間光吸收量的變化來進行計算。分別位于可見紅光光譜（660 納米）和紅外光譜（940 納米）的兩個光源交替照射被測試區，微處理器計算動脈血所吸收的這兩種光譜的比率，并將結果與指氧儀存儲器里的飽和度數值進行比較，從而得出血氧飽和度。
指夾式血氧儀一般由微處理器、存儲器（EPROM 與 RAM）、兩個控制 LED 的數模轉換器、對光電二極管接收的信號進行濾波與放大的器件、將接收信號數字化以提供給微處理器的模數轉換器等器件組成，LED 與光電二極管放置在與患者指尖或耳垂接觸的小型探針中。其中，脈搏血氧儀一般還包括小型液晶顯示器。
指夾式血氧儀采用無創式紅外測量技術測量手指血管中的血氧飽和度，即SpO2,并將所測試出來的結果以數字形式表示,主要顯示的是實際含氧量下全氧飽和度的比值,一般用百分比表示,健康人群的典型血氧飽和度為90～100%。指夾式血氧儀根據還原血紅蛋白、氧合血紅蛋白在紅光和近紅光區域的吸收光譜不同，用兩束不同波長的光照射指尖，由光敏元件獲取測量信號，經處理后由兩組LED顯示測量結果。
TS951X系列產品是坤元微電子針對脈搏血氧檢測應用方案推出的專用模擬前端，是指夾式血氧測量中數字方案的典型應用，也是數字探頭的重要組成部分。芯片內置高精度的I-F轉換器和LED驅動器，集成了脈搏血氧檢測系統中的模擬信號處理與發光管驅動等功能電路。匹配精準的算法和合適的外殼，弱灌度可達2‰（TS9514），甚至更優。
TS951X方案的高集成度，將血氧儀的電路設計簡化到了極致，不僅實現了產品的卓越性能，而且顯著降低了BOM成本和生產管理成本，同時也大幅提高了產品的一致性與可靠性。目前，TS951X方案已成為行業主流方案之一。
※產品特點※
TS951X工作電壓為2.5V～5.5V，靜態電流典型值為1.25mA。電流頻率I-F轉換器的靈敏度為100kHz/mA。
TS951X系列集成了：
低噪聲的電流頻率轉換器（I-F）
H橋發光控制單元
模擬（TS9514）或數字（TS9517）恒流調光單元
具有坤元專利的硬件去環境光單元（TS9517）
基于TS951X的數字方案和傳統的模擬方案相比，有以下優點：
提高集成度和可靠性，降低成本
功能更完善
縮短開發周期
適用于低功耗場景
血氧測量方案對比
功能需求 | 傳統方案 | TS9514方案 | TS9517方案 |
發射光切換 | 模擬開關或MOS開關 | 內部集成 | 內部集成 |
發射光強度調節 | DAC+恒流源或不可調 | 內部集成運放，不可調 | 內部集成數字調光 （DAC+AMP） |
接收管電流采樣 | I-V轉換+濾波+ADC | 內部集成I-F轉換 | 內部集成I-F轉換 |
消除環境光 | 算法中實現 | 算法中實現 | 集成硬件去環境光功能 |
電路結構 | MCU+ADC+DAC+運放 | MCU+TS9514 | MCU+TS9517 |
TS9517在TS9514基礎上增加了SPI數字接口，便于MCU通過SPI接口來控制LED的發光電流。TS9517集成了三線制SPI接口，分別為片選線CS、時鐘CLK和數據SDI。MCU作為主機，TS9517作為從機，通信過程中只需要主機向從機發送設置命令，而沒有查詢指令，所以數據線只有一根SDI，精簡了數據接口，節省IO口。
TS951X系列芯片內部發光管控制與恒流驅動電路包括控制紅光和紅外光LED亮滅的H橋電路，以及由內部放大器、MOS管、以及Rprog電阻構成的恒流源驅動電路。TS9514需要在Ref端輸入電壓信號，而TS9517內部集成SPI接口和DAC，只需要通過SPI設置對應的電壓就能改變發光管的電流。
| TS9514 | TS9517 |
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TS951X 發光控制及恒流調光電路
※詳細參數※
TS9514 | TS9517 | |
Automatic Amblient Light Cancelle | N | Y |
VS/(V) | 2.7～5.5 | |
IDD(Typ)/(mA) | 1.25 | |
Current Responsivity(Typ)/（kHz/uA） | 100 | |
Full-Scale out Current(Typ)/(mA) | 200 | |
PSRR/(%/V) | 0.3 | |
Nonlinearity/(%FS) | ±1% | |
LED Control | Analog | SPI |
Operating Temperature Range | -40℃～85℃ | |
※封裝及引腳定義※
TS951X采用QFN-16封裝,引腳定義如下圖所示。
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TS951X引腳定義
※典型應用※
上圖是TS9514的應用方案，TS9514的IR與RED引腳連接了紅光LED以及紅外LED，兩只LED反向并聯，使用紅光(660nm)和紅外光(905/940nm)集成在一起的光源。IN以及ANOD連接光電二極管。PROG引腳連接電流采樣電阻。RED_REF以及IR_REF是配置紅光及紅外光LED發光電流的引腳，需要輸入一個電壓，通過R1、R2、R3分壓得到。MCU通過RED_CS以及IR_CS控制紅光LED亮還是紅外光LED亮，OUT連接至MCU，輸出頻率表征光電二級管的電流，光電二極管的電流越大，輸出頻率越大。PVDD電源是需要提供給發光管的脈沖電流，故不建議與VDD共用一路電源，并且建議在PVDD和VDD引腳附近各放置一個大電容。
上圖是TS9517的應用方案，與TS9514不同的是TS9517是數字調光，MCU通過CS、SDI、SCK引腳構成的SPI總線通信，控制片內的7位DAC調整發光強度。此外TS9517還具有硬件去環境光功能的引腳COE，可通過MCU的IO口控制，如果不使用該功能則接地。
※樣片申請鏈接※
http://m.jsltyb.cn/apply.php
或者您也可以通過一下方式獲取樣片：
電話：0512-65923982-8036