Klik hier voor de Engelse versie van de broncode.

Reduce LED Noise and Distortion for Accurate Pulse Oximetry

Door Bonnie Baker

Bijgedragen door De Noord-Amerikaanse redacteurs van DigiKey

Image of Zacurate portable pulse oximeter

This article discusses the electronic blocks of a typical pulse oximeter before introducing appropriate LED drive solutions and their application toward the design of a low-noise, low-distortion LED drive circuit.

Pulse oximeter electronics

Diagram of pulse oximeter

(Bron afbeelding: Bonnie Baker)

LED driver circuit

Diagram of simplified LED driver for a pulse oximeter system

Vergelijking 1

Where D = DAC register, the decimal data word, and N = number of DAC bits.

Vergelijking 1a

LED driver noise analysis

  • The DAC’s integral and differential nonlinearity
  • The voltage reference’s 1/f noise and the amplifier’s 1/f noise
  • The amplifier’s common-mode distortion

These noise sources are worth a closer look.

Graph of Analog Devices AD5542A 16-bit DAC’s differential nonlinearity vs. code

Graph of Analog Devices AD5542A’s integral nonlinearity vs. code

(Bron afbeelding: Analog Devices)

From the Figure 4 and Figure 5 nonlinearity graphs, the maximum analog noise can be one-third of the worst-case nonlinearity, or 0.6 LSB which equals:

Vergelijking 2

Vergelijking 3

Using Equation 3, the total 1/f noise going into the DAC REFF pin is:

Equation 3a

The noise for the voltage reference (U1) and the buffer amplifier (U2) is markedly smaller than the DAC’s LSB size.

Graph of offset voltage creates distortion across the common-mode input voltage range

(Bron afbeelding: Bonnie Baker)

Graph of DAC nonlinearity with an amplifier output buffer

(Bron afbeelding: Analog Devices)

Noise measurements

    • 16-bit DAC
    • 2.5 volt output reference
    • Zero common-mode crossover distortion
    • Zero common-mode crossover distortion

The actual noise measurement of this circuit is done using a noise measuring box with a gain of 10,000 V/V combined with a 0.1 Hz to 10 Hz filter (Figure 8).

Diagram of test setup for measuring 0.1 Hz to 10 Hz noise with a gain of 10,000

(Bron afbeelding: Analog Devices)

Graph of output noise with input-to-noise

Graph of output noise with Analog Devices EVAL-CN0370-PMDZ connected

(Bron afbeelding: Analog Devices)

The uncorrelated noise from the two systems combines with the RSS formula to give:

Vergelijking 4

Image of Analog Devices EVAL-CN0370-PMDZ circuit evaluation board

(Bron afbeelding: Analog Devices)

Conclusie

 
DigiKey logo

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.

Achtergrondinformatie over deze auteur

Image of Bonnie Baker

Bonnie Baker

Bonnie Baker is een verdienstelijke auteur bij Digi-Key Electronics. Burr-Brown, Microchip en Texas Instruments zorgen er al meer dan 30 jaar voor dat ze intensief betrokken is bij analoge ontwerpen en systemen. Bonnie heeft een Masters of Science in Electrical Engineering van de Universiteit van Arizona (Tucson, AZ) en een bachelor in Muziek van de Universiteit van Noord-Arizona (Flagstaff, AZ). Naast haar fascinatie voor analoge ontwerpen heeft Bonnie ook een passie voor het delen van haar kennis en ervaring via het schrijven van al meer dan 450 artikelen, ontwerp- en applicatiebeschrijvingen.

Over deze uitgever

De Noord-Amerikaanse redacteurs van DigiKey