一个典型的高端病人监护仪系统方案解析

医疗市场通常分为三大子类别：家庭、临床和影像。家庭医疗主要是成本较低、性能要求较低的便携式设备。临床和医院级设备通常性能更高，因此更昂贵。成像系统通常是基于大型主机的系统，超声波除外，它正在迅速扩展为便携式和基于手推车的系统。

从根本上说，这些系统中的大多数是模拟传感器测量系统，但适用于生物识别功能，例如血压、体温或心率。这些生物识别传感器旨在测量物理事件，例如温度、压力、光和流量。测量后，系统将它们转换成相应的电压或电流。然后对信号进行调理和数字化以进行处理和分析。在控制端，信号被转换回电流或电压并施加到执行器以控制诸如空气流量、氧气或温度之类的东西。

一个典型的高端病人监护仪系统有 5 个基本子系统：心电图、脉搏血氧饱和度、血压、体温和呼吸。通常，每个系统中最关键的组件是传感器电路。

每个模块使用不同的传感器和信号调节电路。例如，心电图使用电极来测量来自心脏的电脉冲。脉搏血氧饱和度 （SpO2） 使用发光二极管和光传感器来测量氧含量。通常使用压阻式压力传感器测量血压。为简单起见，这些生物识别模块中的一些可能使用常见的数字、电源和 IO 子系统。

图 1 患者监护仪的框图

血压

在血压生物识别模块中，最关键的功能是压力传感器电路。精密放大器用于检测来自换能器的非常小的信号，并将它们放大到适合 ADC 处理的水平。这之后通常是一个有源滤波器，以限制更高频率的不需要的噪声。必须使用低噪声、低漂移和高增益的放大器来最大限度地减少测量误差并确保读数准确。有关系统框图，请参见图 2。

图 2 血压系统框图

医疗应用中最常用的压阻式硅压力传感器是惠斯通电桥。压力传感元件结合了电阻器和蚀刻膜片结构，以提供随压力变化的电信号。当隔膜在压力下移动时，应力集中在硅元件的特定区域。结果是一个小电压，其变化与施加在隔膜上的压力成正比。然后在 ADC 转换之前使用精密运算放大器放大该桥信号。

推荐放大器时要问的关键问题是所需的精度和所需的电压。医院级设备的要求与便携式家用系统不同，而压力传感器的灵敏度和电压要求各不相同。通常选择放大器以匹配传感器的要求。ISL28127 和 ISL28217 是用于 ±5V 压力传感器放大器增益前端的出色运算放大器，因为它们具有低噪声和低 DC 偏移和漂移。