【应用】芯海高精度ADC+高可靠MCU双擎驱动，助力24位高精度血氧仪方案开发，实现快速量产

时间： 2023-01-05 来源：芯海科技公众号

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本文中芯海将关于高精度血氧仪应用与技术进行详细的的五问五答，希望对各位工程师有所帮助。

Q：为什么家用血氧仪的市场需求忽然暴涨，产品面临的主要技术挑战？

A：疫情三年以来，人们愈发重视和关注血氧检测的防疫健康指数。

疫情前，很少家庭会备用家用血氧仪，一般是在出现病症后，选择使用医院医疗监护仪级别的设备检测身体血氧和健康状况。疫情流行以来，随着国家防控政策的调整，有关部门为了预防医疗资源挤兑，就在诊疗方案里强调了家用血氧指标的检测，由此指夹式血氧仪为代表的家用血氧测量器械受到市场的欢迎。

指夹式血氧仪作为成熟产品，是一种测量人体血氧饱和度、脉率、灌注指数等指标的小型医疗器械，测量精度相较专业医疗器械相差无几，获得专业医疗机构认可。

但是，如何在血流低弱灌注度及深色皮肤的场景下，PI值（血流灌注指数）全测量范围支持实现0.1、0.2、0.3的测量精度，就需要测量芯片的技术迭代和算法优化，从而获得更精准的测量结果。

Q：客观因素限制会对血氧测量指标有哪些影响，要如何获取更精准数据？

A：血氧测量的方式有多种，有戴在手腕的智能手表、戴在手指的智能戒指，但测量精准度相对更好的还是指夹式血氧仪，目前可做到高达95%的准确率。

可是，因为受到人们的皮肤厚薄、肤色深浅、手指胖瘦，还有心率跳动、皮肤干燥，甚至女生涂抹指甲油等诸多客观因素的限制，造成血流灌注度低，导致信号难以测量。因此，血氧仪芯片在PI灌注度的测量精度要求就会非常高。目前，国内血氧仪芯片要求PI灌注度必须要达到0.3，已经是行业默认的医疗标准。

此外，还有手指体温冷热，指夹设备松紧等变化，也会影响PI灌注度随之改变，所以不仅要求芯片必须达标，还要求在终端产品从硬件结构上过滤干扰、从软件算法上给予信号补偿，从而获得更加精准的血氧监测结果。

Q：对血氧测量指标有哪些影响，芯海科技是缘何进入到血氧仪应用领域，目前取得了哪些成果？

A：在高精度ADC领域，芯海科技拥有近20年的技术积累和应用经验。

2020年疫情之初，芯海即进入血氧仪应用领域。经过三年多的持续研发，芯海的系列化血氧仪应用方案，凭藉24位高精度ADC和灌注度处理的核心技术优势，以及过硬的产品性能和质量，获得相关的专业医疗认证，实现业内医疗品牌客户的终端产品规模化商用，也受到消费者的广泛认可和欢迎。

值得一提的是，目前很多应用了芯海相关血氧仪应用方案的品牌客户的终端产品，基本都能做到一次性通过相关医疗认证。

Q：芯海科技的高精度血氧仪方案相较传统方案具备哪些技术优势？

A：当前，芯海提供CS32L010、CS32F030、CS32A010、CS1262、CSU18P88等系列产品，推出满足高性价比、高可靠、低成本、高集成度、智能穿戴等不同应用需求的解决方案，能够帮助客户打造更高精度、更强性能、更低功耗，成熟可靠且更易开发的血氧仪终端产品。

其中，“CS32F030+CSU18M92方案”包含自有算法，获得专业医疗品牌客户验证，并获得相关医疗认证。“CS32L010方案”主打高性价比，可以达到医疗水平，相较市场中常规产品具有更强的市场竞争力。芯海最新推出的“CS32A010方案”针对高集成度应用，除了内部集成24位高精度ADC，同时实现极简外围，内部集成运放和LED驱动，能够满足高端医疗级血氧仪应用的开发需求。以上三个方案均已有终端客户获得医疗认证，最终效果均达到医疗水平。

“CS1262方案”则是针对PPG信号测量场景的智能穿戴应用，相较指夹式血氧仪PI值灌注度抓取在0.1，CS1262的信号抓取可做到0.02、0.01的高精准度。同时，具备超强抗干扰，PSRR大于90dB。

除此之外，“CSU18P88方案”主打海外亚非拉市场，在成本可控的基础上，提供更加稳定可靠的测量结果。

Q：血氧仪应用的未来技术特点和发展趋势有哪些？

A：从技术趋势来看，目前市场上更多的还是内置8位MCU内核的血氧仪产品，也面临产品同质化严重、监测精度达医疗级的产品较少、性价比不高等问题，亟待从信号测量、软件算法和资源适配等角度，持续做到产品性能、质量和成本最优。

首先，血氧仪的测量精度将从12位转向24位提升一个等级，实现更高精度的测量数据。其次，实现外围高集成到单芯片，从而实现整个系统优化升级。

从市场趋势来看，由于疫情长期存在，跟血压计、温度计、额温枪一样，血氧仪也会成为家庭必备的健康测量器械，未来几年的复合增长率应可达到20%-30%之间，拥有非常大的市场增长空间。

芯海科技系列专业方案助力24位高精度血氧仪应用快速开发。具有12-24位高精度ADC、灌注指数全测量范围支持至0.3%、满足医疗认证标准、节省外设集成外围元器件等核心优势。

芯海科技提供CS32L010、CS32F030、 CS32A010、CS1262、CSU18P88等医疗精准级产品，能够帮助客户打造更高精度、更强性能、更低功耗，成熟可靠且更易开发的血氧仪应用方案。

高性价比版：CS32L010内嵌32位M0内核，高可靠，低功耗，满足医疗认证需求
高性能版：CS32F030+CSU18M92内嵌32位高性能M0内核，外配24位高精度ADC，节省外围运放电路，集成LCD控制器，资源丰富满足医疗级精度和质量要求
单芯片SoC版：CS32A010内嵌32位高性能M0内核，自带24位高精度ADC/12位DAC，自带运放和大电流恒流源，节省外围电路轻松实现全范围医疗0.3标准
可穿戴版：CS1262高准确度，高达110dB的动态范围。超强抗干扰，PSRR大于90dB。全肤色支持，低功耗满足医疗认证需求
低成本版：CSU18P88 24位高精度ADC，集成大电流驱动，集成LED/LCD驱动

芯海科技近20年硬核技术沉淀，高精度ADC+高可靠MCU双擎驱动，助力高精度血氧仪方案开发，实现快速量产，共同守护健康。

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阿尼古 Lv8. 研究员 2023-07-14

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第一方案中所采用的隔离运放或者信号隔离+ADC，就国产而言，隔离运放目前暂无合适推荐，信号隔离目前国产的有纳先微，国产ADC推荐世强代理的芯海品牌，推荐芯海24位高精度ADC产品CS1237，相关资料参考：CS1237 24-bit Sigma-Delta ADC 用户手册。第二方案中的VFC芯片目前国产暂时也没有合适推荐，可以评估运放积分+NE555做比较脉冲再信号隔离输出的方案，外围电路较为麻烦，但分立器件目前都有国产化可供选择，运放推荐世强代理的圣邦微，相关选型可以参考：【选型】SGMicro（圣邦微）产品选型指南。

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