數(shù)字聽診器及電子器件選型指南

概述

無論是聲學(xué)聽診器，還是數(shù)字聽診器，主要功能都是作為心臟和肺部的輔助診斷工具，通過傾聽聲音信號進(jìn)行診斷。聲學(xué)聽診器的使用已經(jīng)有大約200年的歷史，而電子數(shù)字聽診器則是近期開發(fā)出來的新型設(shè)備。

數(shù)字聽診器的基本目標(biāo)是保持聲學(xué)聽診器的外觀和感覺，但提高了聲音信號的檢測能力。另外，高端數(shù)字聽診器還提供了一些新功能，例如：錄音和回放，也可以提供直觀的數(shù)據(jù)顯示結(jié)果，并顯示在外設(shè)顯示器，如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器。先進(jìn)的功能增強(qiáng)了醫(yī)師的診斷能力。數(shù)字聽診器在改進(jìn)性能的同時(shí)，還要求維持現(xiàn)有聲學(xué)聽診器的外形(相同的外觀和感覺)，這就需要使用小尺寸、低功耗的解決方案。

音頻信號通道選型

數(shù)字聽診器的主要單元是聲傳感器、音頻編解碼器和揚(yáng)聲器。聲傳感器將聲音轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，這是信號鏈路的關(guān)鍵。它決定了數(shù)字聽診器的診斷質(zhì)量，而確保用戶獲得與聲學(xué)聽診器相同的體驗(yàn)。

需要對模擬電壓進(jìn)行調(diào)理，并通過音頻模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)或音頻編解碼器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。有些數(shù)字聽診器帶有消噪聲功能，需要另一個(gè)聲傳感器或麥克風(fēng)記錄環(huán)境噪聲，然后經(jīng)過數(shù)字輸出消除噪聲。這種方案中，需要使用兩個(gè)音頻ADC。

數(shù)字聽診器原理框圖。關(guān)于Maxim推薦的數(shù)字聽診器方案

一旦轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，即可利用微控制器單元(MCU)或數(shù)字信號處理器(DSP)進(jìn)行信號處理，包括環(huán)境噪聲抑制和濾波，限制心臟和肺部聲音信號的帶寬范圍。處理后的數(shù)字信號通過音頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)或音頻編解碼器再轉(zhuǎn)換成模擬信號。

在輸出到揚(yáng)聲器之前，利用耳機(jī)放大器或揚(yáng)聲器放大器對音頻信號進(jìn)行調(diào)整?？梢栽诼犜\器的管叉處放置單聲道揚(yáng)聲器，放大后的聲音通過雙聲管傳遞到耳朵。另一種方案是采用雙聲道揚(yáng)聲器，每個(gè)聽筒末端放置一個(gè)?？紤]到這里的聲音信號頻率較低，揚(yáng)聲器的頻響特性接近于重低音揚(yáng)聲器。根據(jù)不同設(shè)計(jì)方案選擇使用單路或兩路揚(yáng)聲器放大器。

聽診器必須對20Hz至400Hz心臟發(fā)出的聲音和100Hz至1200Hz肺部發(fā)出的聲音信號保持較高的靈敏度。注意，不同廠商可能規(guī)定了不同的頻率范圍，可以利用DSP算法濾除頻率范圍以外的信號。