電子發燒友網報道（文/程文智，周凱揚） 2020年是一個特別的年份，一場讓全人類措手不及的新冠疫情，幾乎打亂了所有人和所有企業的原有計劃。疫情之下， 額溫槍、血氧儀、血壓計、監護儀、呼吸機等產品的需求出現了爆發式的增長。

特別是疫情之初，額溫槍還出現了一天一個價格的現象，即使是這樣也有很多人拿不到貨。現在情況已經好轉，國內的產品需求基本趨于平穩，但海外的疫情卻不容樂觀。據美國約翰斯·霍普金斯大學統計，截至美國東部時間8日15時30分（北京時間9日3時30分），全球確診病例達1500830例，死亡病例為87706例。

而血氧飽和濃度是本次新冠病毒的重要診斷指標之一，因此血氧儀的需求也跟著成倍放大。據ADI中國區醫療行業市場總監彭智峰介紹，血氧儀可分為兩類，一類是醫院內使用的院內設備，一般會集成在生命體征監護儀上，通過血氧探頭，獲取血氧數據；另一類是醫院外使用的指夾式血氧儀。

從他的目前接觸的信息來看，院內使用的生命體征監護儀設備的需求量也增加了很多，跟正常年份相比，保守估計有3~5倍的增長。

彭智峰認為這個爆炸性需求只是短暫的，根據疫情的變化，逐漸會回落下來。不過即便以后回落，各個國家也會吸取此次疫情的教訓，在疫情后，應該會加強傳染病醫院的建設，預計未來幾年，醫用監測設備的增長率應該會維持在25%~30%之間。

院內設備的門檻高，需要經過國家藥品監督管理局的嚴格認證才能進入，家庭用的指夾式血氧儀雖然也需要通過國家藥品監督管理局相關認證，但精度和認證難度相對要簡單一些。

華大半導體MCU市場部經理梁少峰表示，在疫情期間，很多方艙醫院、集中觀察點等臨時性機構使用的也是指夾式血氧儀，這類血氧儀都是基于電池供電的。因此，對器件的功耗有很高的要求，必須是低功耗的產品才行。

他對<電子發燒友網>表示，“我們的HC32L系列超低功耗MCU全線滿足從血氧儀到額溫槍的各種防疫設備的生產。其中大容量產品還可以支持無線連網版的生產。”

梁少峰還特別指出，康泰等使用華大MCU的血氧儀產品已經通過了檢測和認證，并進入了量產。

而且他還透露，目前用于血氧儀的MCU產品需求量上升非常快，幾乎是十幾倍地在增長。

梁少峰對<電子發燒友網>表示，“我們原來醫療產品的出貨只占公司銷售額的一小部分，現在幾乎全部都是醫療產品在出貨。前期是國內需求為主，中間有一周左右的停頓，現在海外需求紛至沓來。”

他表示，他們的產品主要還是出給國內企業，然后生產成整機產品出口。他承認，現在國家規范了防疫物資的出口，業務開始走向平穩有序。“現在我們的醫療產品月出貨量在10KK左右。”他說。

來自國內的另一家MCU廠商航順，最近也推出了他們的血氧儀解決方案，據航順的劉吉平介紹，航順的MCU有一大特色，那就是跟ST的MCU產品不僅硬件上是管腳兼容的，軟件上也是兼容的，因此，很多使用ST的MCU方案客戶，可以直接使用航順的MCU來替代。

雖然他們推出方案的時間不長，但由于需求變大，ST可能一時無法滿足客戶的大量需求，航順的MCU就有了市場需求。據劉吉平透露，他們已經出了20KK的貨了。

在血氧儀傳感器方面，可天士電子（上海）有限公司董事長蘭長學表示，血氧儀對傳感器的要求頗高，發光側波長的一致性一定要很高，才能保證測量結果的準確性和可重復性。他表示，對于疫情期間的爆炸性需求，他們無法一一滿足，只能優先保證穩定的老客戶的需求。

不過TE傳感器事業部的Peter Li表示，TE目前仍然可以滿足相關的需求，而且會盡全力滿足這類暫時性的暴漲需求。其SpO2血氧傳感元件精度高，紅光LED波長公差可達660 nm±2 nm。他解釋說，這種精度是由專有的發射器，光譜匹配一個檢測器來實現的。

SpO2血氧傳感元件專有的發射器可提供專有的三種不同的紅外LED波長可選：880 nm，905 nm和940 nm。“無需對尺寸和低功耗妥協，我們的雙驅動發射器整合了兩個不同的LED波長（紅光和紅外）。可靈活地滿足客戶需求。”他對<電子發燒友網>表示。

同為抗疫醫療設備的血氧儀，在原理和方案上有何異同？

那么血氧儀的工作原理是什么？常規的血氧儀設計方案又有哪些呢？

血氧儀的原理

血氧儀是針對對血氧飽和度（SpO2）的無創測量儀器。氧氣飽和度定義為溶解在血液中的氧氣含量，主要是對血紅蛋白（HbO2）和脫氧血紅蛋白（Hb）的探測。兩種不同波長的光用于測量這兩者在吸收光譜上的差異。血流會被兩者的濃度影響，而它們的吸收系數可以通過紅光光譜和紅外光譜測量。HbO2和Hb對不同波長的光線吸收程度不一。脫氧血紅蛋白對紅光吸收強，而血紅蛋白對紅外光線吸收強。

不同波長下 HbO2 與 Hb 的消光系數差異 / NXP Semiconductors

由上圖可以看出，兩種血紅蛋白在特定波長下的消光系數相差很大，所以一般的血氧儀中，紅光波長一般在660nm，而紅外光波長一般在940nm。

Microchip：AN1525

AN1525 設計原理圖 / Microchip Technology

該設計包含了紅色LED，紅外LED以及光電二極管組成的血氧飽和度傳感電路，再加上LED驅動電路。紅光和紅外光透射手指后，被信號處理電路檢測到，之后再傳入單片機的12位ADC模塊，進一步算出血氧飽和度的百分比。

在內置dsPIC的幫助下，數字FIR帶通濾波器可以過濾ADC數據，得到的過濾數據則用于計算脈沖幅度。

通過UART接口，測得的血氧飽和度與脈率可以傳輸給電腦，WiFi或藍牙。

MAX30102

MAX30102 設計原理圖 / Maxim Integrated

MAX30102集成了脈搏血氧儀和心率監控的生物傳感器，不僅有多個LED，光電檢測器，還帶有抑制環境光的低噪聲電路，采用了I2C的傳輸協議。

我們從上圖可以看出，MAX30102選取的紅外光波長為880nm，這個波長下和940nm的差異不大，也是常用的血氧儀波長之一。

而其中的環境光抑制（ALC）則由連續時間的Sigma-Delta ADC和一個專用離散時間濾波器組成。ALC內部有一個跟蹤/保持電路抑制環境光，從而提高有效的動態測量范圍。

而血氧飽和度的采樣速率也可以通過編程控制，范圍在50到3200sps。LED的脈沖寬度也可以在69μs到411μs編程控制，從而根據用例讓算法優化血氧飽和度的測量精度和總體功耗。

MAX30102也適用于可穿戴設備的場景，低功耗的心率監控（<1mW），而且通過軟件關斷模塊，可以實現零待機電流。

TI：TIDA-010029

TIDA-010029 設計原理圖 / Texas Instruments

TI的TIDA-010029是一款兼容藍牙BLE 4.2和5.0的血氧儀設計。可以提供為心率和血氧飽和度測量提供原始測量數據，并通過I2C或SPI通信。

該設計采用了AFE4420的模擬前端用于生物測量，采用了光電容積脈搏波描記法進行測量。不僅支持4個LED燈和4個光電二極管，同樣配備了環境光抑制提高信噪比（SNR）。

TIDA-010029由CR3032（紐扣電池）供電，電池壽命長達30天。而且內置低電量檢測算法，從而減少了額外的外部組件。

從以上方案看來，這幾家大廠的血氧儀的測試原理都大致相同，都是采用紅光，紅外光LED和光電二極管等光敏元件，對指端和耳垂進行透射測量。區別之處在于信號處理和濾波，功耗，至于數據傳輸都或多或少采用了藍牙或WiFi的傳輸方案，以適應智能穿戴產品。

而消除誤差也是血氧儀精密測量的關鍵要素之一，手指的移動和血液的流動都會產生一定的干擾分量。如何消除這些誤差就看工程師對光電數據轉換的考量了。同樣，模數轉換上的時延也會限制血氧儀的應用場景。

如今市面上消費類的血氧儀更注重于智能穿戴和專業健身的擴展性，而專業醫療血氧儀更傾向于高精度測量，數據監控與預警。