原创 【CMS8S6990血氧仪开发板】CMS8S6990血氧仪方案和AFE4404血氧仪方案对比

这一篇评测主要对基于CMS8S6990的单片血氧监测解决方案和自己在项目中使用的基于TI公司的血氧模拟前端芯片AFE4404+MCU组合的血氧监测解决方案进行对比，为最终血氧监测方案优化设计提供参考性意见。

1.      基于CMS8S6990的单片血氧监测解决方案

该方案以CMS8S6990为控制核心，电池电压经过3.3V稳压芯片后给整个系统供电。双波长发光管驱动电路采用H桥的形式用单片机的3个IO控制每个发光管的点亮与熄灭以及发光强度。透过手指的近红外光照射到光电探测器上，光电探测器产生的光电流通过单片机内部运算放大器转化为电压信号后，通过单片机内部第二个运算放大器进行二级放大，经二级放大的脉搏波信号输入到单片机内部ADC进行数字量化，根据脉搏波的量化值实现仪器校准、手指拿开检测、心率、血氧饱和度计算等功能。

CMS8S6990内部ADC可以将模拟输入信号转换为表示为该信号的一个12位二进制数。该ADC采用逐次逼近法产生一个12位二进制结果，并将该结果保存在ADC结果寄存器中。ADC参考电压始终为内部产生，可选择为AVDD提供，也可由内部LDO提供。ADC结构框图如下图所示

血氧仪电路板如下图所示

2.      基于AFE4404+MCU组合的血氧监测解决方案

AFE4404是一款用于可穿戴光学心率监测和生物传感的超小型集成AFE，例如心率监测和血氧饱和度测量。该器件支持三个发光二级管和一个光电二极管。光电二极管的电流通过互阻抗放大器转化为电压，并使用模数转换器进行数字化。ADC数字化量值可以用IIC接口读出。AFE还配有带6位电流控制的全集成LED驱动器，该器件具有宽动态范围的发送和接收电路，有助于感测超小信号电平。AFE简化框图如下图所示：

AFE内部有一22位ADC，最高位为符号位，片内参考源为1.2V，ADC满量程输入为±1.2V。

AFE4404+MCU组合的血氧监测解决方案如下图所示

项目中MCU采用STM32L011F4U6单片机，兼顾性能、功耗和小型化。自制电路板如下图所示

3.      各方案的优缺点

3.1CMS8S6990的单片血氧监测解决方案

1.优点：

（1）.单芯片解决方案，成本低；

（2）.8051内核，基于C语言开发成本低；

（3）.国产，供货稳定。

2.缺点：

（1）.精度不高，采用分立，信噪比低；

（2）.算法执行效率低。

3.2AFE4404+MCU组合的血氧监测解决方案

1.优点：

（1）.光源驱动器、互阻抗放大器、偏置电路、ADC全集成，信噪比高；

（2）.采样精度高，信号检测能力强。

2.缺点：

芯片进口成本高，采用BGA封装，生产成本高。

4.      总结

基于CMS8S6990的单片血氧监测解决方案和基于AFE4404+MCU组合的血氧监测解决方案各有千秋，基于CMS8S6990的单片血氧监测解决方案更适应于低成本、精度要求不高的场合，而且CMS8S6990本身可以作为一个单片机应用到其他场合，扩大其应用范围，而基于AFE4404+MCU组合的血氧监测解决方案则更适用于高端、复杂应用场景，对微弱、大动态范围的光电信号有着出色的检测能力，具体选用哪种方案还需根据具体场景合理选择。