1.3. Структурная схема
Прибор реализует нефелометрический принцип измерения. В составе микросхемы (см. рисунок 11) имеются выводы для подключения двух светодиодов, наших красного и инфракрасного источника излучения (ИИ1 и ИИ2), а также фотодиода. ИИ1 и ИИ2 формируют исходный световой поток (обязательно монохромный и плоскопараллельный), задают его интенсивность и другие спектральные характеристики. Фотодиод выступает в роли фотоприемника (ФП), отвечает за восприятие отраженного света. Результаты измерений частоты пульса и показателя сатурации кислорода в крови формируются на цифровых выводах микросхемы AFE4430 и передаются по двум каналам (обозначены двунаправленной стрелкой) в последовательном цифровом протоколе SPI. Это позволяет подключить микросхему к микроконтроллеру MSP430F5528 (МК), имеющему соответствующий интерфейс. В случае недостаточного уровня результирующего сигнала МК осуществляет корректировку характеристик источника излучения или аналогового фронт-энда, к которому последний подключен. Через второй интерфейс SPI к микроконтроллеру подключается жидкокристаллический индикатор (ЖКИ), на который выводятся результаты измерений. Через выводы последовательного протокола к микроконтроллеру может быть подключен радиопередатчик типа Bluetooth. Режим работы прибора задается при помощи пользовательского устройства ввода (УВ), подключенного через побитно-управляемый интерфейс.
Рисунок 11 – Структурная схема
2. Спецификации на электронные компоненты устройства
2.1. Аналоговый фронт-энд (afe4403)
Таблица 1 – Спецификация AFE
Параметр |
Значение |
||
Минимум |
Типичное |
Максимум |
|
Напряжение питания |
2 В |
3,3 В |
3,6 В |
Температурный диапазон |
-20°С |
25°С |
70°С |
Разрядность встроенного АЦП |
22 бита |
||
Корпус |
Compact DSBGA-36 |
||
Коэффициент ослабления синфазного сигнала |
75 дБ |
||
Коэффициент ослабления пульсаций питания |
75 дБ |
||
Диапазон выходного тока |
Выбирается от 0 до 100 мА |
||
Рисунок 12 – Конфигурация пинов
Таблица 2 – Функции пинов
PIN |
Функции |
Описание |
|
NAME |
NO. |
||
ADC_RDY |
D5 |
Digital |
Выходной сигнал, указывающий на завершение преобразования АЦП. Может быть подключен к входному контакту прерывания внешнего микроконтроллера. |
AFE_PDN |
C3 |
Digital |
AFE-только вход отключения питания; активный низкий уровень. Может быть подключен к выводу порта внешнего микроконтроллера. |
BG |
C2 |
Reference |
Развязывающий конденсатор для внутреннего напряжения запрещенной зоны на землю. Подключите развязывающий конденсатор к Земле. Для достижения наименьшего шума передатчика используйте конденсатор со значением 2,2 мкФ. Чтобы сократить время восстановления после отключения питания (с 1 С до 0,1 С), вместо этого используйте конденсатор со значением 0,1 мкФ, но со слегка сниженным шумом передатчика. |
CLKOUT |
E6 |
Digital |
Буферизованный 4-МГц выходной тактовый выход. Может быть подключен к тактовому входному контакту внешнего микроконтроллера. |
DIAG_END |
B4 |
Digital |
Выходной сигнал, указывающий на завершение диагностики. Может быть подключен к выводу порта внешнего микроконтроллера. |
DNC(1) |
C1, A1, E3, D3, F5, B5, B6 |
— |
Не подключайте эти контакты. Оставьте как разомкнутую цепь. |
INN |
F1 |
Analog |
Входной штифт приемника. Подключите фотодиод к аноду. |
INP |
E1 |
Analog |
Входной штифт приемника. Подключите фотодиод к катоду. |
LED_DRV_GND |
A3 |
Supply |
Штифт заземления светодиодного драйвера, H-мост. Подключитесь к общей плате заземления. |
LED_DRV_SUP |
A6 |
Supply |
Вывод питания светодиодного драйвера, H-мост. Подключитесь к внешнему источнику питания, способному подавать большой ток светодиода. |
RESET |
D4 |
Digital |
AFE - только вход сброса, активный низкий уровень. Может быть подключен к разъему вывода внешнего микроконтроллера. |
RX_ANA_GND |
E2 |
Supply |
Аналоговый штырь заземления Rx. Подключитесь к общей плате заземления. |
RX_ANA_SUP |
F2, E4 |
Supply |
Вывод аналогового источника питания Rx; 0,1-мкФ развязывающий конденсатор на землю. |
RX_DIG_GND |
B2, F6 |
Supply |
Приемник цифрового PIN-кода. Подключитесь к общей плате заземления. |
RX_DIG_SUP |
E5 |
Supply |
Цифровой вывод питания Rx; 0,1-мкФ развязывающий конденсатор на землю. |
SCLK |
C6 |
SPI |
SPI clock pin |
SPISIMO |
C4 |
SPI |
SPI последовательный выход Мастера |
SPISOMI |
C5 |
SPI |
SPI последовательный вход Мастера |
SPISTE |
D6 |
SPI |
Включение последовательного интерфейса SPI |
TX_CTRL_SUP |
A2 |
Supply |
Передача управляющего питающего штифта (0,1 мкФ развязывающего конденсатора на землю) |
TX_REF |
B1 |
Reference |
Опорное напряжение передатчика, по умолчанию 0,25 в после сброса. Подключите развязывающий конденсатор к Земле. Для достижения наименьшего шума передатчика используйте конденсатор со значением 2,2 мкФ. Чтобы сократить время восстановления после отключения питания (с 1 С до 0,1 С), вместо этого используйте конденсатор со значением 0,1 мкФ, но со слегка сниженным шумом передатчика |
TXN |
A4 |
Analog |
Светодиодный управляющий выход. |
TXP |
A5 |
Analog |
Светодиодный управляющий выход. |
TX3 |
B3 |
Analog |
Светодиодный управляющий выход для третьего светодиода. Подключитесь к дополнительному третьему светодиоду, поддерживаемому в общей конфигурации анода. |
VCM |
D1 |
Reference |
Входное синфазное выходное напряжение. Этот сигнал может быть использован для экранирования (защиты) следов INP, INN. Если используется в качестве экрана, то подключите к Земле последовательный резистор (1 ком) и развязывающий конденсатор (10 НФ). Если VCM не используется внешне, то эти внешние компоненты не требуются. Входное синфазное выходное напряжение |
VSS |
D2 |
Supply |
Земля подложки. Подключитесь к общей плате заземления. |
XOUT |
F4 |
Digital |
Штыри кварцевого генератора. Подключите внешний Кристалл между этими контактами с правильным нагрузочным конденсатором (как указано поставщиком) к заземлению. |
XIN |
F3 |
Digital |
Штыри кварцевого генератора. Подключите внешний Кристалл между этими контактами с правильным нагрузочным конденсатором (как указано поставщиком) к заземлению. |