筆者設(shè)計(jì)的手持式脈象采集儀，所用的傳感器為脈搏傳感器（測(cè)量原理為光在血紅細(xì)胞中的通量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)），外接一塊OLED，外設(shè)還使用到了串口線。系統(tǒng)采用單節(jié)鋰電池供電，電壓范圍為3.8V至4.2V，模擬量和數(shù)字量電源分開(kāi)，數(shù)字部分采用3.3V供電，模擬部分電源采用2.8V供電，MCU的模擬供電也用2.8V供電。

 

無(wú)論模擬部分還是數(shù)字部分，輸入輸出壓差都很小，同時(shí)模擬部分供電電壓比較低，因此需要采用線性度較高，紋波小的高性能LDO芯片。因此筆者選擇了理光的LDO電源芯片，型號(hào)為RX5RE。這一系列的LDO非常適用于低功耗場(chǎng)合，首先它的靜態(tài)漏電流非常小；其次，和普通的1117系列的LDO相比紋波要小很多，并且輸出的電壓值每差0.1V就有對(duì)應(yīng)的芯片款式；第三，它的封裝為SOT-89，這樣的一款小封裝芯片有效地減少了布線的面積，在手持式設(shè)備的狹小空間里，能夠留出更多靈活的布線區(qū)域。另外除了適用于低功耗場(chǎng)合，它也同樣適用于對(duì)采樣精度要求高、對(duì)驅(qū)動(dòng)電流有一定要求的應(yīng)用中。

 

RX5RE的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，是經(jīng)典的LDO電路模型。其中PMOS擁有極低的壓差，相比之下內(nèi)部的靜態(tài)損耗能變得更小。

 

圖1：理光LDO RX5RE內(nèi)部原理圖

 

這款芯片的優(yōu)點(diǎn)還在于有很多后綴型號(hào)，穩(wěn)壓電壓精度非常高。由于筆者的模擬部分的電源需要2.8V供電，數(shù)字部分需要3.3V供電，因此筆者在第一版設(shè)計(jì)的時(shí)候，選擇了RX5RE28A和RX5RE33A兩款。其中后綴中的28A和33A分別表示輸出的電壓值為2.8V和3.3V。值得注意的是，當(dāng)壓差較小的時(shí)候，輸出的電流最大值也會(huì)隨之減小。至于其原理可以從LDO的原理中分析出來(lái)。

 

筆者在芯片選型的時(shí)候，無(wú)意間看到了這么一張電路圖圖片：

 

圖2：電壓調(diào)整電路

 

調(diào)整公式為：

 

其中Vreg為芯片的默認(rèn)輸出電壓，Iss為芯片靜態(tài)漏電流（筆者在計(jì)算的時(shí)候取1uA）。這個(gè)電路能夠微調(diào)輸出電壓，筆者嘗試了一下，這樣便可以用輸出為2.8V的芯片輸出3.3V了。其中R1和R2的分壓電阻可以設(shè)置為：700K，100K?？紤]到這兩顆電阻和芯片內(nèi)部的分壓電阻串并聯(lián)關(guān)系，因此，分壓電阻數(shù)量級(jí)一定要大。不然穩(wěn)出的電壓會(huì)有偏差。但筆者為了省略這兩顆電阻，節(jié)約能節(jié)約的成本，還是用了兩塊后綴不同的LDO芯片。

 

LDO本身的電壓輸出非常穩(wěn)定，由于筆者ADC采樣為10位，在手指未放入傳感器時(shí)，電壓值幾乎保持在3/1024以內(nèi)跳動(dòng)。所以筆者默認(rèn)這款LDO能達(dá)0.3%以下的精度。下圖便是筆者關(guān)于LDO給模擬部分供電后的心率采樣波形。紅色為一階低通濾波前的波形，黃色為低通濾波后的波形。對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這樣的模擬量波形已經(jīng)能夠滿足項(xiàng)目的需求。

 

圖3：脈搏傳感器采樣波形