血氧仪的市场在疫情来临之前,其实是一个很狭窄,很孤立的一个细分领域,所以作为细分领域,因市场的局限性,很少有芯片商回去关注。
所以当市场主要都在用价格最为优惠并且很常见的ST芯片作为血氧仪主流时,很多芯片商对这个市场已经是不再问津了。
然而这一局面且因2020年疫情的到来,发生了天翻地覆的改变。
一:早期的血氧仪芯片市场
早期的指夹式血氧仪芯片,主要是如瑞萨、恩智浦、德州仪器、ADI等大厂的天下,他们有一定的技术实力将产品的核心算法和运用推动起来,这时的方案设计大多如下:
瑞萨电子血氧仪解决方案搭载了高集成度传感器模块OB1203、高精度模拟的RA2A1 MCU,针对手持式血氧仪的应用特点进行了优化,实现了性能与功耗之间的完美平衡。瑞萨电子RA2A1 MCU为解决方案提供了一套完整的信号调理和测量仿真功能,它的模拟功能包括16位SAR ADC、24位Sigma-Delta ADC、比较器、运算放大器和DAC。该系统采用16位ADC、运算放大器和PWM相结合的锂电池充电系统。
同时瑞萨电子血氧仪解决方案采用了单电池锂电子USB充电设计,在RA2A1 ARM微控制器的强大模拟功能加持下,它可以简单地实现对锂离子电池的USB充电,而不需要额外的组件。系统内部的电压、电流可实时反馈监控,充电方式可根据需要调整。
瑞萨电子血氧仪解决方案搭载的高集成度传感器OB1203是业界最小的光学生物传感器模块,具有用于反射性光容积描记的全集成生物传感器,通过适当的算法可以确定心率、血氧饱和度(SpO2)、呼吸频率和心率变异性。OB1203将光源和驱动器集成在一个单一的光学优化包中。主单片机RA2A1可以通过IIC通信直接获取PPG数据。
同时,该方案还提供了无手指接触10秒后自动断电的低功耗设计,配合RA2A1 MCU与生物传感器模块OB1203的低功耗特性,整个系统的功耗得到了进一步的优化。
瑞萨电子血氧仪解决方案特点:
1、单电池锂离子USB充电
简单实现锂离子电池USB充电
电压和电流能实时监测
2、低功耗系统
低功耗MCU RA2A1,低功耗生物传感器模块OB1203
没有手指接近10秒后,自动切断电源
3、容易控制
与OB1203和OLED的I2C通信
当接近、产生新的PPG数据和FIFO要满时,OB1203触发中断
AD和PWM控制电池充电
4、测量范围
血氧饱和度:70%~100%
脉搏:25bpm~200bpm
大家可以看得到,其实瑞萨电子的方案,有很多是有优化空间的,并且方案是因主控MCU的性能来 搭配外围电路的,如ADI,恩智浦因采用的MCU性能有所差异,其设计电路又有一定区别
二:ST主控芯片的血氧市场
ST作为血氧仪的主控,其实并非什么怪异的,因为ST能做的芯片实在太多了,随着2010年前后,意法半导体发力在各领域耕耘后,ST成了消费类8位单片机和32位单片机的王者。
优势
血氧饱和度,测量范围:40~100%;分辨率:1%
彩色 OLED 同屏显示血氧饱和度、脉率、脉率波、电池电量等
准确率:±2%(SpO2=70~100%)、±4%(SpO2=40~70%);
可周期性保存 PR、SpO2、RTC 等数据到外部串行 Flash
脉搏,脉率范围:30~250bpm,分辨率:1bpm,
历史数据可查询、删除
精度:±1bpm;
屏幕内容自动旋转
弱信号处理,弱灌注强度:≤0.3%
无信号时自动关机,延长电池寿命
基于 ST 公司的 STM32 系列处理器,采用数字式血氧探头
血氧饱和度上、下限报警,也支持脉率声音提示
可准确测量静止和运动时的血氧饱和度 (SpO2) 和脉率 (PR)
适于现场检查或连续监测
市场上采用ST芯片的产品如:鱼跃血氧仪、康泰等龙头品牌代表,其实均是ST的32位MCU。产品特点稳定,价格合理。性价比很高。
三:近期的血氧仪市场MCU
近年来,血氧仪因疫情的影响,需求猛增,而国外芯片如ST等因采购周期长,而导致无法满足需求,并且单价普遍偏高,国内一些小心MCU厂因而有了机会。
因市场的需求迫切,大家对该产品的需求可以允许存在一定的瑕疵,所以山寨血氧仪有了市场。
如锦锐003MCU、中微的6990/赛元的003MCU、华大的、航顺的HK32系列等都冒了出来。
另外因市场的缘故,各家MCU均来不及搞自己的核心算法,所以就半推半就的上马了血氧仪方案,
此时的血氧仪方案主要是考虑成本,所以能省的基本都省了,外围电路尽量简化,能实现功能为要。
于是运放采用4路放大,ADC采用12位的居多,电源电路大家为了考虑稳定还基本保留着升压。
四:当前的血氧仪芯片
2021年下半年后,因单片机市场的单价一路飙升,很多人把目光集中在了蓝牙SOC上面,如,杰理的AC6966B,等,该芯片特点是16位ADC,并且是带蓝牙功能的,芯片为M0内核,资源丰富,但单价依然偏高。因MCU缺的缘故,所以蓝牙芯片作为血氧仪还依然存在一定的价格区间。
当MCU市场回归后,蓝牙SOC的性价比自然就不存在了,于是,杰理又推出了AC6385A,RT58A、AC145等摒弃了蓝牙功能的MCU,该类芯片一方面可以做为MCU使用,同时还兼容语音芯片的功能,并且单价一路杀到MCU最早涨价之前的单价,血氧仪芯片市场又一场血雨腥风,MCU也基本被低端血氧给洗得不见了踪影。
疫情影响了血氧仪的市场规律,但也改造了血氧仪的原生态,血氧仪芯片国产化率变得越来越高了,就如行业标杆的康泰、鱼跃也开始在逐步引进国产芯片。