在數(shù)據(jù)饑渴的時代信號鏈設(shè)計應(yīng)該注意哪些方面

第第頁在數(shù)據(jù)饑渴的時代，信號鏈設(shè)計應(yīng)該注意哪些方面？因為熱電偶的每個物理電氣銜接都不行避開地會產(chǎn)生一個額外的熱銜接，因此必需注重確保除溫度傳感探頭和冷銜接之外的全部銜接都是相同的溫度。

在醫(yī)療/保健監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著大家對身體情況自我監(jiān)測以及更快、更具成本效益的醫(yī)療保健的需求日益增長，人們需要用法臨床級儀器或消費類設(shè)備(如運動腕表)更輕松地感知自己的生物指標(biāo)(如體溫、血氧和心率)。與需要處理大量信號的熱敏電阻和rtd溫度傳感器相比，硅基溫度傳感器具有更精彩的線性度、穩(wěn)定性和易用性。雖然它們檢測的溫度范圍較窄(通常為-20℃至70℃)，但對于醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備的體溫監(jiān)測來說已是綽綽有余。

的max30208是一種臨床級數(shù)字溫度傳感器，針對無創(chuàng)式的挺直體溫測量舉行了優(yōu)化。溫度水平在封裝頂部舉行測量，這個區(qū)域最簡單貼在皮膚表面，受自加熱問題影響最小(由于電源是通過ic引腳進入的)。針腳經(jīng)過優(yōu)化，允許傳感器安裝在能從主機處理器遠程定位的柔性印制電路板上，ic接口允許多個傳感器組成的菊花鏈在身體的多個點捕獲數(shù)據(jù)，以獲得最精確?????的結(jié)果。max30308測量體溫的誤差在±0.1℃以內(nèi)，并包含集成信號鏈電路和32位fifo，以簡化與主機處理器的交互。

在監(jiān)測心臟活動時，臨床級傳統(tǒng)上依靠于貼在身上的多個傳感器傳來的心電圖(ecg)信號。最近，光積脈搏波描記法(ppg)傳感技術(shù)應(yīng)用到了一種小型非侵入式可穿戴設(shè)備，如健身腕帶或指夾式脈搏血氧儀，能提供可接受的測量精度。ppg傳感的工作原理是將光照進皮膚，通過人體組織傳輸光，并測量反射或傳輸?shù)男盘?。血容積的極小變幻都可以量化，從而計算出血氧飽和度、心率和呼吸率等指標(biāo)。另外也可以據(jù)此判斷出身體組織的健康情況和器官功能情況。

來自ppg儀器光學(xué)傳感器的電壓信號包含一個與血容積和骨頭及組織的光學(xué)特性相關(guān)的直流重量，以及一個由與心跳相對應(yīng)的血容積變幻引起的溝通重量。另外還存在其他由身體活動(如呼吸)產(chǎn)生的小信號。

設(shè)計可穿戴式心率監(jiān)護儀的信號鏈要從放射器開頭，放射器可以是綠色，也可以是紅色和led的組合。光源的波長和強度打算了穿透深度和接收的信號強度，并且可以調(diào)節(jié)以獲得最佳精確?????度。另一方面，led驅(qū)動器會在傳輸?shù)男盘栔幸朐肼?，設(shè)計師還必需考慮功耗。

接收端的信號鏈必需對光電探測器輸出舉行采樣，負(fù)責(zé)消退環(huán)境光，過濾信號，并舉行模數(shù)轉(zhuǎn)換。光電探測器的輸出是電流信號，其振幅可以小于na級別或高達幾十μa。需要一個跨阻放大器(tia)將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓，信號鏈的設(shè)計必需考慮信號動態(tài)范圍、信噪比(snr)、電路板利用率，以及與抗混疊濾波器和tia等元件相關(guān)的功耗。幸運的是，可穿戴消費級心率監(jiān)護儀不斷增長的巨大市場讓工程師們可以挑選集成(afe)，如texasinstruments公司的afe4490或maxim公司的max30110/12。這兩款單芯片解決計劃均包含led驅(qū)動器和完整的光電探測器信號鏈。這些器件提供了一種便利的機制來克服諸如用法sigma-deltaadc來控制光電電流、濾波、緩沖、放大和轉(zhuǎn)換之類的挑戰(zhàn)。

在成像領(lǐng)域的應(yīng)用

人體心率和工業(yè)流程溫度等參數(shù)相對容易穩(wěn)定，對信號鏈的速度和采樣率要求也不高。max30110/12支持高達3.2ksps的采樣率，以滿足脈搏血氧測定或心率監(jiān)測應(yīng)用的需求。在圖像傳感或工業(yè)等應(yīng)用中，信號速度和采樣率要比這高得多，需要特殊考慮。

容易的成像系統(tǒng)，比如用于檢查或材料分析的近紅外光譜設(shè)備，可以采納需要冷卻的線性光電二極管，以將熱噪聲和信號調(diào)整的影響降至最低。analogdevicesada4807精密低噪聲放大器具有180mhz的-3db帶寬，十分適合搭配該公司的adaq7980單芯片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用法。adaq7980系統(tǒng)包含一個1msps低噪聲saradc，功率隨采樣率而變幻，從而最大限度地提高效率。ada4807通過集成具有低輸入噪聲和軌對軌輸出的高帶寬adc驅(qū)動器來最小化失真，為設(shè)計工程師省去了電路布局和元件挑選等不須要的棘手。內(nèi)部電源架構(gòu)和外部精密電壓基準(zhǔn)的提供也有助于通過降低系統(tǒng)噪聲來保持信號完整性。

用法高速攝像頭和應(yīng)用的機器視覺對信號采集提出了更高的要求。高速取幀器用法通信協(xié)議(如cameralink，定義從255mbps到680mbps的視頻傳輸速度)實現(xiàn)與攝像頭的銜接和與主機pc的交互(通常通過pci或pciexpress)。取幀器通常還實現(xiàn)重要的視頻預(yù)處理功能，例如增益控制、瑕疵像素補償和動態(tài)范圍擴展。這些常常需要在實時幀率下完成。設(shè)計取幀器是一個重大的工程挑戰(zhàn)，通常用法提供所需信號處理性能的來實現(xiàn)，并且能夠在同一設(shè)備上運行機器視覺算法。

結(jié)論

從傳感器捕獲信號，以便為隨意應(yīng)用(無論是消費類應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用還是醫(yī)療應(yīng)用)創(chuàng)建信息流數(shù)據(jù)，需要對信號鏈的