典型的脈沖血氧計監(jiān)測血氧飽和度2基于該紅色光（使用600-750納米波長）和紅外光（使用 850-1000納米波長）高壓氧吸收特性的一個人的血液2和Hb 。這種類型的脈搏血氧儀通過手指等身體部位交替閃爍紅色和紅外光到光電二極管傳感器。

光電二極管通常用于接收來自每個LED的未吸收光。然后，使用反相運(yùn)算放大器或運(yùn)算放大器對該信號進(jìn)行反相。產(chǎn)生的信號代表手指已吸收的光。

測量紅色和紅外信號的脈沖幅度（Vpp）并將其轉(zhuǎn)換為Vrms，以產(chǎn)生比率值： Ratio =（Red_AC_Vrms / Red_DC）/ （ IR_AC_Vrms / IR_DC）。

可以使用比率值和由經(jīng)驗公式組成的查找表確定SpO 2。可以基于脈搏血氧儀的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）采樣數(shù)和采樣率來計算脈沖率。

查詢表是脈搏血氧儀的重要組成部分。查詢表特定于特定的血氧飽和度測定儀，通常基于校準(zhǔn)曲線，該校準(zhǔn)曲線尤其是從具有不同SpO 2水平的受試者進(jìn)行的大量測量中得出的。

血氧儀電路設(shè)計以下示例將詳細(xì)介紹透射式脈搏血氧儀設(shè)計的不同部分。

探測

本示例中使用的SpO 2探針是一種現(xiàn)成的手指夾，其中集成了一個紅色LED和一個 IR LED，以及一個光電二極管。LED由LED 驅(qū)動器電路控制。

信號調(diào)節(jié)電路檢測到穿過手指的紅光和IR光，然后將其饋入集成到數(shù)字信號控制器（DSC）中的 12位ADC模塊，在其中計算SpO 2 的百分比。

LED驅(qū)動電路

一個雙單刀雙擲模擬開關(guān)，由DSC的兩個PWM信號驅(qū)動，交替打開和關(guān)閉紅色和紅外 LED。為了獲取適當(dāng)數(shù)量的ADC樣本并且仍然有足夠的時間在下一個LED 點(diǎn)亮之前處理數(shù)據(jù)，

LED電流/強(qiáng)度由DSC驅(qū)動的 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）控制。

模擬信號調(diào)理電路

信號調(diào)節(jié)電路分為兩個階段。第一級是互阻放大器，第二級是增益放大器。在兩個級之間放置一個高通濾波器。

跨阻放大器將光電二極管產(chǎn)生的幾微安電流轉(zhuǎn)換為幾毫伏（mV）。然后，從該第一級放大器接收到的信號將通過一個高通濾波器，該濾波器旨在減少背景光干擾。

然后將高通濾波器的輸出發(fā)送到增益為22且直流失調(diào)電壓為220 mV的第二級放大器。設(shè)置放大器的增益和 DC偏移值，以將增益放大器的輸出信號電平正確地放置在MCU的ADC 范圍內(nèi)。

數(shù)字濾波器設(shè)計

模擬信號調(diào)節(jié)電路的輸出連接到DSC的集成12位 ADC模塊。本示例利用了Microchip Technology的dsPIC DSC 。該設(shè)計中使用的 dsPIC33FJ128GP802使開發(fā)人員能夠利用其集成的DSP功能和Microchip 的數(shù)字濾波器設(shè)計工具。

在每個LED的導(dǎo)通時間段內(nèi)采集一個ADC樣本，在兩個 LED的關(guān)斷時間段內(nèi)采集一個ADC樣本。由于通過有機(jī)組織進(jìn)行基于光的測量存在挑戰(zhàn)，因此使用了濾波器設(shè)計工具來實現(xiàn)513 階數(shù)字FIR帶通濾波器，該濾波器可對ADC數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。然后，將這些濾波后的數(shù)據(jù)用于計算脈沖幅度。