设计指南 4689

电子血压计的设计考虑

By: John DiCristina

摘要 : 这篇应用笔记介绍了两种主要类型的血压监测仪及其测量技术,重点讨论了不同功能电路对电子元器件的要求以及工程师在进行元器件选型时需要注意的事项。

引言

血压监测仪或称为血压计主要利用一个充气袖带和监听设备,通过侦听的方式测量血压;也可以利用压力传感器测量血压。这种监测仪可以通过两种途径实现:对袖带手动充气,利用听诊器监听动脉壁发出的声音(听诊法);或者在血压计内部嵌入一个压力传感器,对动脉壁的振动进行测量(振量法)。

上臂式血压计
上臂式血压计

腕式血压计
腕式血压计

自动电子血压计

自动检测血压计有两种类型:上臂式血压计和腕式血压计。上臂式血压计包含一个气囊,测量时将其缠缚于上臂。充气袖带通过一条皮管连接到放置在手臂附近的监视器。腕式血压计尺寸较小,整个装置可以缠绕在手腕上,因此,这类产品对尺寸的要求比较严格。有些上臂式血压计需要手动充气,但目前市场上的多数上臂式和腕式血压计都采用了全自动设计。

测量技术

自动电子血压计首先对袖带充气使其具有足够的压力,从而阻止血液在局部主动脉的流动。随着压力逐渐释放,当血液开始流过动脉时,测量到的压力值为心脏收缩压。同时还可以监测到脉搏跳动的速率。当血流又恢复畅通时,此时测量到的数值相当于心脏的舒张压。由此完成一次完整的测量周期,整个过程由装置中的泵、充气袖带、电子阀和压力传感器完成。

压力传感器产生的信号经过运算放大器或仪表放大器调理后送入模/数转换器(ADC)。然后,针对不同类型的监视器和传感器,采用适当的方法在数字域计算心脏收缩压、舒张压和脉搏速率,并将得到的结果显示在液晶屏(LCD)上,通常还会将数据和对应的时间/日期存储到非易失存储器内。

带有高级语音提示功能的血压计功能框图。关于Maxim推荐的血压计方案的详细信息,请访问:china.maximintegrated.com/bloodpressure。
带有高级语音提示功能的血压计功能框图。关于Maxim推荐的血压计方案的详细信息,请访问:china.maximintegrated.com/bloodpressure

数据接口

有些血压计能够把数据上传到计算机,以便进行更深入的分析和后期测量跟踪,可以通过USB接口传输数据。可以选择一个分立的USB收发器,也可以选择内置这种收发器的微控制器。

音频提示

血压计的音频提示可以是简单的蜂鸣声,也可以采用高端语音提示。简单的蜂鸣器可以利用微控制器的一个或两个脉宽调制(PWM)输出端口引脚驱动;对于高级语音提示功能电路,可以选择音频数/模转换器(DAC)和扬声器放大器处理音频信号。

电源管理

上臂式血压计通常采用4节AAA (1.5V)碱性电池供电,腕式血压计大多采用2节AAA碱性电池供电。血压计泵和模拟电路要求5V或3.3V供电,数字电路根据具体采用的测量技术选择3.3V或1.8V供电。由此,一个典型的上臂式血压计需要一路buck-boost开关电源为泵/模拟电路提供5V电源,另外还需要一路低压差线性稳压器(LDO)为数字电路提供3.3V电源。典型的腕式血压计则采用boost开关电源提供泵/模拟电路所需的3.3V电源,利用一个LDO将输入电压转换到1.8V,为数字电路供电。

为了延长电池使用寿命,血压计不工作时可以关断电源,而只维持实时时钟(RTC)有效并可快速恢复血压计的工作状态。

显示与背光

血压计大多使用简单的段式LCD显示器,其中包含100段或更少的段码,LCD驱动器通常集成在微控制器内部。利用一个或两个白光LED (WLED)或电致发光(EL)灯源提供显示器背光。腕式血压计可以采用开关电源拓扑提供WLED驱动,上臂式血压计则可采用线性稳压器提供WLED驱动。

静电放电

所有血压计监视器必须通过IEC 61000-4-2的静电放电(ESD)的测试要求,可以利用内置ESD保护的器件,或者采用ESD保护线对暴露在接口位置的线路加以保护。
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