TWI313169B - - Google Patents

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I3J3169 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種感測探頭模組，尤指一種適用於血 乳、辰度冲的也氧》辰度感測探頭數位邏輯模組。 【先前技術】 現行的血氧濃度計是利用人體體外血氧訊號的方式量 丨測，經過紅外光及紅光照射人體再透過感光二極體感測， 將紅外光及紅光訊號予以分離並經由一連串的放大，再由 10類比轉換成數位訊號後，經微處理器運算而求得人體血氧 》辰度之比值。 圖1係現行血氧濃度計1 〇系統架構圖，微處理器1 〇〇連 接發光控制電路110、倍率放大控制電路130'及處理電路 140’其中，發光控制電路11〇連接偵測探頭12〇的發光單元 15 122 ’發光單元122内包括有紅光光源咖、及紅外光光源 IR，處理電路140連接偵測探頭120内的感光元件121。微處 理器100内的光源驅動程式產生光源驅動訊號“傳送至發 光控制電路1H) ’發光控制電路！職據光源驅動訊號山空 制，光單元m的紅光㈣RED、及紅外光光紐，而微處 20理器100產生的光源脈衝寬度調變訊號pwm可調整紅光光 源刪、及紅外光光源Ir的光源強度，微處理器1〇〇内的光 源訊號擷取程式產生光源擷取訊號a2傳送至處理電路 H0,處理電路14〇依據光源操取訊號a2控制偵測探頭12〇内 的感光元件121擷取光源訊號c][的擷取週期，光源訊號是紅 1313169 光光源RED、及紅外光源汛照射待測者手指所得到的具有 血氧浪度之光源訊號c 1，藉由微處理器丨〇〇控制倍率放大控 制電路130將處理電路14〇内的光源訊號cl放大，處理電路 140再將放大的光源訊號cl解調、及類比/數位轉換成數位訊 5號dl傳送至微處理器100運算後求得人體血氧濃度之比值。 雖然現行血氧濃度計在實作上雖已克服，但在設計上 微處理1§ 100内的光源驅動程式、及光源訊號擷取程式會佔 用許多時間，形成處理器100資源之浪費及成本的增加，並 > 非十分理想。 10 【發明内容】 為解决4述所發生的問題，本發明將光源驅動及光源 sfl號擷的動作設計於血氧濃度感測探頭數位邏輯模組中， 以減少微處理器的處理資源的浪費。 15 本發明血氧濃度感測探頭數位邏輯模組是連接一外部 微處理器以接收微處理器發出之控制訊號、第一光源脈衝 > 見度调變訊號、第二光源脈衝寬度調變訊號、及時序輸入 訊號’微處理器接收也氧濃度感測探頭數位邏輯模組偵測 到的訊號分析運算以獲得血氧濃度之比值。本發明之血氧 20濃度感測探頭數位邏輯模組包括：一偵測探頭、一處理電 路、及一積體電路。其中，偵測探頭包括一發光單元、及 一感光7L件，該發光單元包括一第一波長光源、及一第二 波長光源，感光元件分別擷取第一波長光源、第二波長光 源後，加以轉換成相對應的一第一電訊號與一第二電訊 1313169 號；處理電路電連接至债測探頭之感光元件，以接收第一 2訊號與第二電訊號，處理電路用以將第_電訊號與第二 电訊號經過放大、解調、浦浊、B扣，/Λ, 门愿波及類比/數位轉換成相對應 的-第-數位訊號、及-第二數位訊號，進而送至微處理 时析運算；積體電路包括-光源驅動單元、及一光源操 取早凡’光源驅動單元分別電連接至微處理器、及偵測探 :的發光單元之第一波長光源與第二波長光源，光源擷取 早兀可分別電連接至微處理器、及處理電路。 10 15 根據上述，本發明是由微處理器發出控制訊號、第一 光源脈衝見度§周變訊號、第二光源脈衝寬度調變訊號、及 時序輸人訊號，以使得光源驅動單元、及光源擷取單元分 別輸：-資料訊號，或者，分別輸出一第一光源驅動訊號 與一第一光源驅動訊號、及一第一光源擷取訊號與一第二 ，源擷取訊號；當中，資料訊號傳送至微處理器讀取，而 第光源驅動訊號、及第二光源驅動訊號分別對應地傳送 至偵測探頭的發光單元之第—波長光源及第二波長光源以 控制發光週期，而第一光源擷取訊號與第二光源擷取訊號 傳送至處理電路以週期性擷取第一電訊號與第二電訊號。 口此，本發明提供一種血氧濃度感測探頭數位邏輯模組， -具有光源驅動及光訊號擷取功能連接至微處理器以減少 微處理器處理資源的負擔，因此血氧濃度計可運用較低規 格較便宜的微處理器，以降低血氧濃度計的開發成本。 如上所述’本發明血氧濃度感測探頭數位邏輯模組的 積體電路之第一光源驅動訊號、第二光源驅動訊號、第一 20 1313169 光源擷取訊號、及第二光源擷取訊號以時序輸入訊號為參 考源。 如上所述’本發明血氧濃度感測探頭數位邏輯模組更 包括一發光控制電路具有一二光源切換電路、一光源強度 5 控制單元。二光源切換電路分別電連接積體電路、及偵測 楝頭的發光單元之第一波長光源、及第二波長光源，以接 收第一光源驅動訊號、及第二光源驅動訊號產生相對應的 一第一光源切換訊號與一第二光源切換訊號，並傳送至偵 1測探頭的發光單元之第一波長光源、及第二波長光源，以 10控制發光週期，第一波長光源的和第二波長光源ir依據各別 的發光週期而不同時發光。因此，亦能達到本發明之目的。 此外本發明之積體電路更包括一光源強度控制單 元，而發光控制電路更包括一二光源亮度調整電路，其中， 光源強度控制單元可接收第一光源脈衝寬度調變訊號與第 15 -光源脈衝寬度調變訊號，以設定第—光源強度訊號與第 二光源強度訊號，俾傳送至發光控制電路之二光源亮度調 ，整電路產生第-光源調整訊號與第二光源調整訊號，並傳 达至债測探頭的發光單元之第—波長光源、及第二波長光 源，以調整光源強度。因此，亦能達到本發明之目的。 一再者本發明之積體電路更包括一感光元件倍率單 元二可分別電連接至微處理器、及處理電路，感光元件倍 率早兀可產生一感光元件倍率訊號以傳送至處理電路。 一另外本發明之積體電路更包括一二光源訊號倍率單 可刀另J电連接至微處理器、及處理電路，二光源訊號 1313169 * 倍率单元可產生弟一光源訊號倍率訊號、及一第二光源 訊號倍率訊號，以傳送至處理電路。 _ 如上所述，本發明之積體電路產生的資料訊號可包括 有光源驅動單元之光源驅動週期值、光源擷取單元之光源 5擷取週期值、感光元件倍率單元之感光元件倍率值、二光 源訊號倍率單元之光源訊號倍率值、及光源強度控制單元 之光源強度值。 如上所述，本發明血氧濃度感測探頭數位邏輯模組， f 其中，控制訊號係可設定該資料訊號之二光源驅動週期 10值、二光源擷取週期值、一感光元件倍率值、及二光訊號 倍率值。 【實施方式】 15 20 以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方 式，=該發明技術領域具通常知識者可由本說明書所揭示 之内容輕易地了解本發明之其他優點與功效。 "月先參考圖2係本發明血氧濃度感測探頭數位邏輯模 、、且之車乂佳具體實施例之系統架構圖。 立如圖2所示，血氧濃度感測探頭數位邏輯模組2〇〇連接 E卜1邻微處理态300，以接收微處理器3〇〇發出之控制訊號 '二光源脈衝寬度調變訊號pwml、第二光源脈衝寬度 J:Dil，PWm2、及時序輪人訊號elk，時序輸人訊號clk是 1 盗300依據外部連接振盪器（圖未示）所產生的頻 ^益300接收血氧濃度感測探頭數位邏輯模組200

10 1313169 ^ . 偵測到的訊號分析運算以獲得血氧濃度之比值。更進一步 而。，血氧濃度感測探頭數位邏輯模組2〇〇包括有一偵測探 ’ 頭220、一處理電路23〇、一積體電路210、及一發光控制電 ' 路 240。 5 偵測探頭220包括一發光單元222、及一感光元件221。 其中，發光單元222包括一第一波長光源2221、及一第二波 長光源2222，而感光元件221分別擷取第一波長光源2221、 第二波長光源2222後，加以轉換成相對應的一第一電訊號 • C1與一第二電訊號。2。在本實施例中偵測探頭22〇為一血氧 1〇感測器，第一波長光源2221為紅光，而第二波長光源2222 則為紅外光。 處理電路230係連接到偵測探頭220之感光元件221，用 以接收感光元件221的第一電訊號C1與第二電訊號C2，並經 過本身的放大、解調、濾波、及類比/數位處理後，轉換成 15相對應的一第一數位訊號D1、及一第二數位訊號D2，進而 送至微處理器300以分析運算。 % 積體電路21 〇包括一光源驅動單元211、一光源擷取單 元213、一光源強度控制單元212、一感光元件倍率單元 214、及一 一光源訊號倍率單元215。其中，光源驅動單元 20 211分別連接至微處理器3〇〇、及偵測探頭220的發光單元 222之第一波長光源2221與第二波長光源2222，光源擷取單 元213分別連接至微處理器3〇〇、及處理電路23〇 ;另外，光 源強度控制單元212分別連接至微處理器3〇〇、及彳貞測探頭 220 ,藉由連接微處理器3〇〇可接收第一光源脈衝寬度調變 11 1313169 • 訊號Pwml與第二光源脈衝寬度調變訊號pwni2，產生相對 應的第一光源強度訊號A21與第二光源強度訊號A22 ,以調 整偵測探頭220的發光單元222之第一波長光源2221與第二 波長光源2222的光源強度；再者，感光元件倍率單元214是 5 分別電連接至微處理器3〇〇、及處理電路230，該感光元件 倍率單元214可產生一感光元件倍率訊號A4以傳送至處理 電路230 ;又，二光源訊號倍率單元215是分別電連接至微 處理器30〇、及處理電路230，二光源訊號倍率單元215可產 生一第一光源訊號倍率訊號八51、及一第二光源訊號倍率訊 10 號A52，以傳送至處理電路23〇。本實施例中，積體電路21〇 之第一光源驅動訊號A11、第二光源驅動訊號A12、第一光 源擷取訊號A31、及第二光源擷取訊號A32是以時序輸入訊 號elk作為參考源。 發光控制電路240係包括有一二光源切換電路24 ^、及 15 —光源焭度調整電路242。其中，二光源切換電路241分 別連接積體電路210之光源驅動單元211、及偵測探頭22〇之 ® 發光單元222的第—波長光源2221、及第二波長光源2222， 以接收第一光源驅動訊號All、及第二光源驅動訊號A12產 生相對應的一第一光源切換訊號B1丨與一第二光源切換訊 20號扪2，並傳送至偵測探頭220之第一波長光源2221、及第 一波長光源2222,以控制發光週期，第一波長光源2221的 和第一波長光源2222依據各別的發光週期而不同時發光； 另外一光源冗度調整電路242分別連接積體電路21〇之光 源強度控制單7G212、及偵測探頭220之發光單元222之第一 12 1313169 波長光源2221、及第二波長光源2222 ’第一光源強度訊號 A21與第二光源強度訊號A22傳送至二光源亮度調整電路 .. 242產生第一光源调整訊號B21與第二光源調整訊號B22，並 • 傳送至偵測探頭220的發光單元222之第—波長光源2221、 5 及第二波長光源2222，以調整光源強度。 本實施例中’可藉由微處理器3〇〇發出控制訊號E丨至積 體电路210 ’以设疋一光源驅動週期、二光源拍|取週期、一 感光兀件倍率、及二光訊號倍率。在設定完成後，積體電 φ 路210將產生資料訊號A6，其包括有光源驅動單元211之光 10 源驅動週期值、光源擷取單元213之光源擷取週期值、感光 元件倍率單元214之感光元件倍率值、二光源訊號倍率單元 215之光源訊號倍率值、及光源強度控制單元212之光源強 度值’而回傳給微處理器3〇〇。 接著，請一併參考圖3說明。圖3係本發明血氧濃度感 15測探頭數位邏輯模組之積體電路之具體實施例之光源驅動 週期及光源訊號擷取週期之示意圖，圖3中red_drive及 red-ddve-n分別為紅光光源兩端的驅動週期，其波形對稱且 相反並依據第一光源驅動訊號A11，而ir_drive&ir_drive_n 分別為紅外光光源兩端的驅動週期，同樣也是波形對稱且 20相反並依據第二光源驅動訊號A12。以red-drive-n與 ir-ddve-n做比較，圖3中高準位為光源發光時，由圖3中可 知當紅光發光時，紅外光是不發光，當紅外光發光時，紅 光是不發光，可見紅光與紅外光在設計上是不同發光的。 再看圖3中red-capture是依據第一光源擷取訊號A3丨的紅光 13 1313169 , .擷取週期、及ir-capture是依據第二光源擷取訊號A32的紅外 、’項取週，、月這兩週期以咼準位為光源的掘取週期，由圖3 中可知，紅光擷取週期與紅外光擷取週期相差一時間差 ^以防止接收到彼此的訊號、突波、及雜訊，進而提高 5 血乳》辰度比值的精確度。 本實施例是由微處理器300發出控制訊號E1、第一光源 脈衝寬度調變訊號pwml、第二光源脈衝寬度調變訊號 pwm2、及時序輸入訊號clk，以使得光源驅動單元2ιι、及 镰㈣擷取單元213分別輸出—資料訊號A6，或者，分別輸出 10 一第一光源驅動訊號AU與一第二光源驅動訊號A12、及一 第一光源擷取訊號A31與一第二光源擷取訊號A32。其中， 責料訊號A6傳送至微處理器3〇〇讀取；第一光源驅動訊號 All、及第二光源驅動訊號A12分別對應地傳送至偵測探頭 220的發光單元222之第一波長光源及第二波長光源，而第 15 一光源擷取訊號A31與第二光源擷取訊號A32傳送至處理 電路230，並根據光源驅動週期及光源訊號擷取週期以週期 ^ 性控制發光及光源擷取，以順利擷取到第一電訊號C1與第 二電訊號C2，進而將處理後的第一數位訊號D丨、及第二數 位訊號D2送至微處理器300以分析運算。以下為血氧濃度感 2〇 測探頭數位邏輯模組2〇〇實際運用在血氧濃度計的情況。 一般量測血氧濃度時，須將手指放入偵測探頭22〇中， 而手指的厚度大小因人而異，若手指太厚太大則感測元件 221接收到的微弱訊號不利微處理器3〇〇分析運算，藉由積 體電路210之光源強度控制單元212接收微處理器3〇〇發出 14 1313169 的第一光源脈衝寬度調變訊號pwml與第二光源脈衝寬度 "調變訊號pwm2,以設定第-光源強度訊號A21與第二光源 '強度訊號A22,傳送至發光控制電路240之二光源亮度調整 , 電路242產生第—光源調整訊號B21與第二光源調整訊號 5 B22 ,並傳送至偵測探頭220之紅光、及紅外光，以調整光 源強度。接著，經光源強度調整的紅光及紅外光照射手指 後，感光元件2 21接收到相對應於紅光的第一電訊號c丨及紅 外光的第二電訊號C2，第一電訊號C1與第二電訊號c2傳送 • 至處理電路230，藉由積體電路210之感光元件倍率單元214 10接收微處理器的控制訊號E1來設定資料訊號入6之感光元件 倍率值’而產生一感光元件倍率訊號A4傳送至處理電路 230，以放大第一電訊號C1與第二電訊號C2至可收受的準 位。最後，經過放大的第一電訊號C1與第二電訊號C2的準 位再利用積體電路21〇之二光源訊號倍率單元215接收控制 15訊號Μ來設定資料訊號A6之二光訊號倍率值，以分別調整 兩電訊號的準位，第一電訊號C1與第二電訊號〇2的準位調 φ 整好後經過類比/數位轉換成相對應的第一數位訊號D1、及 第二數位訊號D2傳送至微處理器300分析，以運算出血氧濃 度之比值。 20 綜上所述，本發明提供之也氧濃度感測探頭數位邏輯 极組具有偵測探頭220之光源驅動及光源訊號擷取功能，其 連接至微處理器以減少微處理器處理資源的負擔，因此血 氧濃度計可運用較低規格較便宜的微處理器，以降低血氧 濃度計的開發成本，此外，紅光擷取週期與紅外光擷取週 15 1313169 訊號、突、皮及雜1 θ接收到紅光、紅外光彼此的 u : ί ’進而提高血氧濃度比值的精確度。 上述，、施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 於圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 【圖式簡單說明】 • 圖1係現行血氧濃度計系統架構圖。 圖2係本發明血氧濃度感測探頭數位邏輯模組之—較 10 佳具體實施例之系統架構圖。 圖3係本發明血氧濃度感測探頭數位邏輯模組之積體 電路之具體實施例之光源驅動週期及光源訊號掘取週期之 示意圖。

【主要元件符號說明】 血氧漢度感測探頭數位邏輯模組2〇〇 第一光源脈沖寬度調變訊號pwml 第二光源脈沖寬度調變訊號pwni2 微處理器300 時序輸入訊號elk 光源骚動單元211 光源擷取單元213 二光源訊號倍率單元215 控制訊號E1 積體電路210 光源強度控制單元212 感光元件倍率單元214 第一光源驅動訊號All 16 13.13169 第二光源驅動訊號A12 第二光源強度訊號A22 第二光源擷取訊號A32 第一光源訊號倍率訊號A5 1 資料訊號A6 發光單元222 第一波長光源2221 第一電訊號C1 處理電路230 第一數位訊號D1 發光控制電路240 二光源亮度調整電路242 第一光源調整訊號B21 第二光源調整訊號B22 微處理器100 偵測探頭120 發光單元122 紅光光源RED 光源驅動訊號al 光源脈衝寬度調變訊號pwm 光源訊號c 1 第一光源強度訊號A22 第一光源操取訊號A 3 1 感光元件倍率訊號A4 第二光源訊號倍率訊號A52 偵測探頭220 感光元件221 第二波長光源2222 第二電訊號C2 時間差τ 第二數位訊號D2 二光源切換電路241 第一光源切換訊號Β11 第二光源切換訊號Β12 血氧濃度計10 發光控制電路11 〇 感光元件121 倍率放大控制電路13〇 紅外光光源IR 光源擷取訊號a2 處理電路140 數位訊號dl 17

Claims (1)

1313169 十、申請專利範圍： 邱~種血氧濃度感測探頭數位邏輯模組，係連接一外 衝：：:里器4 Γ接收微處理器發出之控制訊號、第-光源脈 X㉟變n第二光源脈衝寬度調變訊號、及時 ^虎，並分析運算讀得血氧濃度之比值，該血氧濃度 感測楝頭數位邏輯模組包括： 發光：偵：頭，純括一發光單元、及-感光元件，該 ^ . v 波長先源、及一第二波長光源，該感 10 c;M, 弟波長先源、該第二波長光源後，加 轉換成相對應的—第一電訊號與一第二電訊號； 1¾ n連接至該㈣探頭之該感光元件， :接收該第一電訊號與該第二電訊號，並經過放大、解調、 :波、及類比/數位轉換成相對應的一第一數位訊號、及一 弟'—數位訊號，進而i关$兮他·由 15 叩迗至5亥锨處理器分析運算；以及 …=體電路’係包括—光源驅動單元、及—光源操取 :几，“光源驅動單元係分別電連接至該微處理器、及該 發光單元之該第一浊善伞Ή - &八先源與該第二波長光源，該光源擷 取早兀係刀別電連接至該微處理器、及該處理電路； 20 其中，由該微處理器發出該控制訊號、該第-光源脈 衝寬度調變訊號、該第_ 疗肌 弟一先源脈衝寬度調變訊號、及該時 序輸入訊號，以使得該光源驅動單元、及該綱取單元 分別輸出-資料訊號，或者，分別輸出一第一光源驅動訊 號與-弟二光源驅動訊號、及—第一光源操取訊號與一第 二光源擷取訊號，當中該資料訊號傳送至該微處理器讀 18 1313169 取，而该第一光源驅動訊號、及該第二光源驅動訊號則分 別對應地傳送至該偵測探頭的發光單元之該第一波長光源 及該第二波長光源以控制發光週期，以該第一光源擷取訊 號與該第二光源擷取訊號傳送至該處理電路，俾能週期性 擷取該第一電訊號與該第二電訊號。

2.如申請專利範圍第丨項所述之血氧濃度感測探頭數 位邏輯模組，其中’該積體電路之該第一光源驅動訊號、 該第二光源驅動訊號、該第一光源擷取訊號、及該第二光 源擷取訊號係以該時序輸入訊號為參考源。 10 15 20 3 ·如申吻專利範圍第1項所述之血氧濃度感測探頭數 位邏輯模組，i包括—發光控制電路，其具有—二光源切 ，電路，分別電連接該該積體電路、及該㈣探頭的發光 之該第-波長光源、及該第二波長光源，用以接收該 第-光源驅動訊號、及該第二光源驅動訊號產生相對應的 一第一光源切換訊號與一第二光源切換訊號，並傳送^該 偵測探頭之該第—波長光源、及該第二波長光制 發光调翻。 &制 (如申請專利範圍第3項所述之血氧濃度感 位邏輯模組’其中，該積體電路更包括―光源強度控制^ 几’而該發光控制電路更包括一二光源亮度調整電路，^ 該光源強度控制單元係接收該第—光源脈衝寬度: 訊號與該第二光源脈衝寬度調變訊號，以設定該第=4 強度訊號與該第二光源強度訊號，俾傳送至該 ^ 路該二光源亮度調整電路產生第-光源調整訊號與；： 19 1313169 -^周整°孔就’並傳送至該偵測探頭的發光單元之該第一波 、 長光源及3亥第二波長光源，以調整光源強度。 位二：：凊專利範圍第1項所述之血氧濃度感測探頭數 广輯核、、’且’其中’該積體電路更包括—感光元件倍率單 5 ::其係分別電連接至該微處理器、及該處理電路，該感 光兀件倍率早凡係產生一感光元件倍率訊號以傳送至該處 理電路。 6.如申請專·圍第5項所述之血氧濃度感測探頭數 t邏輯模組，其中，該積體電路更包括—二光源訊號倍率 10早兀，其係分別電連接至該微處理器、及該處理電路，該 2光源訊號倍率單元係產生-第-光源訊號倍率訊號、i 一第二光源訊號倍率訊號，以傳送至該處理電路。 、7。·如申請專利範圍第6項所述之血氧濃度感測探頭數 位邏輯杈組，其中，該資料訊號係包括有該光源驅動單元 15之光源驅動週期值、該光源擷取單元之光源操取週期值、 該，光元件倍率單元之感光元件倍率值、該二光源訊號倍 率單元之光源訊號倍率值、及該光源強度控制單元之光源 強度值。 ^ 8. 如申請專利範圍第7項所述之血氧濃度感測探頭數 2〇位邏輯模組，其中，該控制訊號係可設定該資料訊號之二 光源驅動週期值、二光源擷取週期值、一感光元件倍率值、 及二光訊號倍率值。 9. 如申請專利範圍第1項所述之血氧濃度感測探頭數 位邏輯模組’其中，該偵測探頭係為一血氧感測器。 20 1313169 10.如申請專利範圍第1項所述之血氧濃度感測探頭 數位邏輯模組，其中，該第一波長光源的和該第二波長光 源依據各別的發光週期而不同時發光。

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