呼吸机芯片方案盘货

小编从各大芯片厂商官网以及新闻稿中，搜集了关于呼吸机的完整方案示意图，供读者参考，也接待大伙在评论区留言增补。

文︱Aaron

图︱网络

观点部门

呼吸机，是一种能取代、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功效，减轻呼吸功消耗，节约心脏储蓄能力的装置。当婴幼儿并发急性呼吸衰竭时，经由努力的守旧治疗无效，呼吸削弱和痰多且稠，排痰难题，阻塞气道或发生肺不张，应思量气管插管及呼吸机。

呼吸机必须具备四个基本功效，即向肺充气、吸气向呼气转换，排挤肺泡气以及呼气向吸气转换，依次循环往复。因此必须有：能提供输送气体的动力，取代人体呼吸肌的事情；能发生一定 的呼吸节律，包罗呼吸频率和吸呼比，以取代人体呼吸中枢神经支配呼吸节律的功效；能提供合适的潮气量 （VT）或分钟通气量（MV），以满足呼吸代谢的需要；供应的气体最好经由加温和湿化，取代人体鼻腔功效 ，并能供应高于大气中所含的O2量，以提高吸入O2浓度，改善氧合。动力源：可用压缩气体作动力（气动）或电机作为动力（电动）呼吸频率及吸呼比亦 可使用气动气控、电动电控、气动电控等类型，呼与吸气时相的切换，常于吸气时于呼吸环路内到达预定压力 后切换为呼气（定压型）或吸气时到达预定容量后切换为呼气（定容型），不外现代呼吸机都兼有以上两种形式。

治疗用的呼吸机，常用于病情较庞大较重的病人，要求功效较齐全，可举行种种呼吸模式，以适应病情变 化的需要。而麻醉呼吸机主要用于麻醉手术中的病人，病人大多无重大心肺异常，要求的呼吸机，只要可变通气量、 呼吸频率及吸呼比者，能行IPPV，基本上就可使用。

事情历程：

注入病人气体的压力，由机内涡轮泵发生。大气通过过滤器进入安需阀，安需阀开启的巨细 和泵的转速由CPU控制，通气的压力和容量巨细由医生凭据SARS病人的需要设定，调治适量的气体通过单向阀 进入人体面罩，并进人人体，即吸人正压；单向阀关小，吸人压力降低，病人肺部的吸人正压自动流出，即通 过面罩呼出。

注入病人气体的压力，氧气瓶的氧气压力和正压空气发生。

医用氧气通过减压阀与经由过滤器的空气混淆进入储气罐，流量调治器由CPU控制，通气的压力 和容量由医生凭据SARS病人的需要设定，调治适量的气体通过单向阀进人人体面罩，并进人人体，即吸人正压 ，病人呼气时，单向阀关小，吸人压降低，病人肺部吸人正压自动流出，即通过面罩呼出。

美信

一连正气压呼吸机(CPAP)：连续性正压呼吸器、连续性阳压呼吸器是一种在呼吸道施加压力的人工呼吸器。

泉源美信官网（蓝色方框属于美信可提供产物部门）

该CPAP呼吸机由以下几个部门组成：

1，气压可调治风机，气压变化由微控制器嵌入式系统控制。嵌入式系统包罗空气监测传感器和电机控制传感器。

2，面罩压力由输入传感器监测，丈量温度、湿度和压力。与电机相关的传感器包罗：电机绕组电流输入检测和电机电压检测，此外，另有温度传感器等。

3，系统输出包罗：电机速度、蜂鸣报警或语音报警。

4，用户界面主要包罗开/关、压力控制按钮，压力指示。对于较昂贵的系统，系统指示可使用背光LED实现，价位较低的系统可使用简朴的信号灯LED。

5，有些CPAP呼吸机为电池供电的便携式设计，但大多数接纳电网供电(床头插座)。电网供电设备也可以包罗电池备份，以便在断电时正常事情。

其中在电机控制和检测部门，空气面罩压力传感器输入用于控制风机速度。风机电机的转速一般为1k RPM至最高30或40k RPM，以获取需要的压力。这是很是高的转速，而且CPAP应用要求转速变化很是快。所以，必须监测电机绕组电流，确保电机不会严重过载。

通常监测电机输入电压，以确保电源和电池处于正常状态。电压监测可由电压检测芯片或简朴比力器完成。

电机绕组的电流规模为0A至2A。所以，12位ADC一般可提供所需分辨率，达毫伏规模。ADC必须事情在较高速度，对最高电机转速举行采样。电机电流首先毗连至电流检测放大器，将电流值转换为电压并放大。

Maxim的电流检测放大器和ADC通常用于监测绕组电流。

资料泉源：

https://www.maximintegrated.com/cn/design/partners-and-technology/solutions/healthcare/continuous-positive-airway-pressure.html/tb_tab0

德州仪器

截取自德州仪器官网

压力传感器在呼吸设备中饰演着重要角色，它卖力将物理值（例如气道压力和流量）转换成差动信号。空气和流量传感器生成的信号能资助微处置惩罚器调治电机，从而调治/维持病人吸气或呼气所需的气压。通常情况下，这些传感器极具成本效益并具有大偏移和偏移漂移，从而导致信号超标、随温度变化和非线性。具有低偏移电压和较小的时间和温度漂移的放大器是信号调治的理想选择。

通过对三个电流相位中的至少两个相位和为电机驱动桥供电的直流总线电压举行监控，可以实际控制直流电机。对相电流而言，可以使用两种方法：高侧或低侧。直接相位丈量或高侧方法需要高速差动放大器或电流分流监视器，这种方法通常越发准确。低侧方法丈量靠近于半桥接地并使用更为简朴的放大器，这种方法成本更低，可是精度也更低。直流电机由分立式 FET驱动。其中TI 的 DRV 系列提供了具有散热掩护功效的集成驱动器和桥接器，而且体积更小具有更高的精度和效率。

微处置惩罚器卖力执行多个操作，其中包罗对压力信号举行采样和盘算所需的气道压力及流量，以便与电机举行通信。要高效实时地完成这些操作，应使用高速、低功耗、高度集成的微处置惩罚器。高质量 DSP 可用于此类应用，而且还将为患者提供超静音操作。

下图为此方案中MPU部门，TI可提供的方案。

资料泉源：

http://www.ti.com.cn/solution/cn/cpap-machine?variantid=34104&subsystemid=14174#referencedesigns

意法半导体

ST的电机控制集成电路资助实施很是准确的运动设置文件，淘汰了声学噪音，提高了患者的舒适性。此外，我们还提供一系列MEMS运动、压力和湿度传感器、高性能STM32微控制器、以及高精度运算放大器和低功耗调治器，资助开发先进的CPAP呼吸机。

截取自ST官网

资料泉源：

https://www.st.com/zh/applications/medical-and-healthcare/cpap-and-respirators.html

恩智浦

恩智浦CPAP机可以通过连续监控系统压力与呼吸机电机控制调速相联合来保持恒定的气流。其中黄绿色方框属于NXP可以提供方案部门。

截取自恩智浦官网（蓝黄色方框为NXP可以提供方案部门）

资料泉源：

https://www.nxp.com.cn/applications/solutions/industrial/healthcare/continuous-positive-airway-pressure-cpap-machine:AIRWAY-PRESSURE-CPAP-MACHINE#0

Microchip

CPAP设计人员会使用各种马达，而具有弹性整合式马达控制週边装置的Microchip PIC微控制器可控制所有这些马达。

Microchip为CPAP设计人员提供：

●具有整合式週边装置的dsPIC数位讯号控制器可用于实作众多马达控制计谋，包罗无感测器的BLDC控制。

●一系列免费且低成本的程式码规范、软体函式库及开发工具，可淘汰马达控制系统设计的时间和风险。

●高准确度温度感测器让提供的气温维持在舒适水平。

●低偏移、低杂讯运算放大器可用于在类比转数位之前放大和调治温度与压力感测器中的讯号。

●硬体和软体mTouch解决方桉可针对易于在黑黑暗使用的系统举行触控、相近操作和自由空间手势控制。

截取自Microchip官网

瑞萨电子

CPAP通常需要具有专用的气体流量传感器实时监测气体供应情况，气体流量传感器的精度和稳定性直接关系到患者的生命宁静。

瑞萨Synergy S7微控制器和IDT（瑞萨收购）推出的FS2012气体流量传感器搭配使用，可以合理控制电机速度，以获得更好的流量精度。另外，通过气体流量传感器提供闭环反馈以确定电机故障，确保CPAP呼吸机的连续可靠运行，同时其具有内置LCD控制器以扩展系统功效。这种组合很是适用于CPAP和高速流体流量控制系统，瑞萨提供的解决方案还可以选配电源和时序设备。

瑞萨Synergy S7微控制器和FS2012气体流量传感器应用图示

安路科技

安路科技是中国本土的FPGA供应商，提供基于FPGA的SoC产物，本文推荐使用EF2M系列SoC芯片作为主控，提出一种正压呼吸机的系统控制方案。

一般接纳直流电机控制的气压，电机的控制为PWM信号，调治PWM信号的占空比和周期可以控制电机的转速。FPGA逻辑可以发生高精度的PWM信号，气压控制平缓、精准，提供舒适稳定的气压。

直流电机事情后将气流送至面罩内，面罩内有压力传感器，压力传感器把压力转换为电流信号，送到主控板需要通过ADC收罗。安路的EF2M45LG144 SoC集成双ADC，可以收罗高达15路模拟信号。获得气压数据后对气流举行回馈调治，可以防止突然间的误行动、气管漏气、以及供电电压颠簸带来的压力精度偏移。

安路SoC是集成了 FPGA、MCU、ADC和Flash的单芯片系统，框图如下：

安路EF2M45LG144器件在呼吸机系统控制方案上有下面几个优点：

1. 支持高达114个通用IO，可以毗连按键、显示、通讯等更多外部接口。

2. 内置CortexM3硬核，事情频率125MHz，集成I2C、SPI、Uart等外设，片内大容量SRAM作为MCU事情需要的ROM、RAM，是一个完备的单片机系统。单片机系统可完成参数设置、数据传输、状态显示、治理交互等功效。

3. MCU通过AHB总线和FPGA逻辑交互，完成PWM信号的参数设置，逐步伐节PWM Step，这样不会使气流忽大忽小，让患者的呼吸系统感应不适。

4. 内置ADC，收罗高达15路模拟信号。

5. 内置Flash，存储MCU法式、FPGA设置，芯片上电后，MCU、FPGA两个部门都可以启动事情。

接待大伙留言增补。

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