数字听诊器和电气元件选择标准简介

本应用笔记概述了数字听诊器的基本操作和设计考虑因素。解释了数字听诊器和声学听诊器（老一代乐器）之间的相似之处。然后，本文概述了较新的数字设计的更复杂的功能，包括录音和播放。在讨论数字听诊器的设计考虑因素时，它详细介绍了音频信号路径的重要性，介绍了音频编解码器电子设备的考虑因素，并概述了心肺声的音频要求。本文还介绍了系统的子功能，包括数据存储和传输、显示和背光、电源管理和电池管理。

概述

听诊器，无论是声学还是数字听诊器，主要用于聆听体内的心声和肺音，以辅助诊断。听诊或听诊已经用声学听诊器进行了近两百年的历史;最近，开发了电子数字听诊器。

基本数字听诊器的目标是使其保留声学听诊器的外观和感觉，但要提高聆听性能。此外，高端数字听诊器还提供复杂的功能，如录音和播放。它们还提供数据，通过连接到非仪器显示器（如计算机显示器）来直观地绘制结果图表。这种高级功能提高了医生的诊断能力。保持现有的声学听诊器形式（即“外观和感觉”），同时以数字方式提高性能，需要使用小型低功耗解决方案。

音频信号路径

数字听诊器的基本元件是声音换能器、音频编解码器电子设备和扬声器。将声音转换为模拟电压的声音换能器是链中最关键的部分。它决定了数字听诊器的诊断质量，并确保习惯于声学听诊器的人熟悉的用户体验。

需要对模拟电压进行调理，然后使用音频模数转换器（ADC）或音频编解码器将其转换为数字信号。一些数字听诊器具有降噪功能，需要辅助声音换能器或麦克风来记录环境噪音，以便以数字方式将其消除。在这种方法中，需要两个音频ADC。

数字听诊器的功能框图。

一旦进入数字域，微控制器单元（MCU）或数字信号处理器（DSP）就会执行信号处理，包括环境降噪和滤波，以将带宽限制在心脏或肺部聆听的范围。然后，处理后的数字信号通过音频数模转换器（DAC）或音频编解码器转换回模拟信号。

耳机或扬声器放大器在输出到扬声器之前调节音频信号。在听诊器管分叉的地方下方可以使用单个扬声器，放大的声音通过双耳管传播到耳朵。或者，可以使用两个扬声器，每个听筒末端有一个扬声器。扬声器的频率响应与低音扬声器的频率响应相似，因为需要产生低频声音。根据实现方式，使用一个或两个扬声器放大器。

听诊器必须对 20Hz 至 400Hz 范围内的心音和 100Hz 至 1200Hz 范围内的肺音最敏感。请注意，频率范围因制造商而异，DSP 算法会滤除超出这些最佳范围的声音。

数据存储和传输

一旦捕获的声音转换为模拟电压，就可以通过音频插孔发送出去，并在计算机上或通过数字听诊器播放。捕获的声音也可以以数字方式操作。它可以使用内部或可移动的非易失性（NV）存储器（如EEPROM或闪存）存储在听诊器中，然后通过听诊器的扬声器播放;或者可以将其传输到计算机进行进一步分析。添加实时时钟 （RTC） 有助于使用时间和日期标记记录。声音通常通过有线接口（如 USB）或无线接口（如蓝牙®或其他专有无线接口）传输。

显示和背光

由于可用空间有限，一些数字听诊器具有小而简单的显示屏;其他人只有按钮和 LED 指示灯。显示器的背光是必需的，因为手术过程中的环境照明通常处于较低水平。小型显示器只需要一个或两个由LED驱动器控制的白光发光二极管（WLED）或由EL驱动器控制的电致发光（EL）面板。大多数用户界面按钮可以通过添加触摸屏显示器和控制器来消除。

电源管理

大多数数字听诊器使用一个或两个 AAA 1.5V 原电池。这种设计需要一个升压或升压开关稳压器，以将电压增加到3.0V或5.0V，具体取决于所使用的电路。

如果安装单个1.5V电池，开关稳压器可能会一直导通，因此低静态电流是延长电池寿命的关键因素。电池寿命越长，数字听诊器使用起来就越方便，体验就越接近声学听诊器。

当使用两节串联的1.5V电池时，开关稳压器可以一直保持开启状态，或者在不使用时关闭。如果电路工作在3.6V至1.8V，则可能不需要开关稳压器。成本将降低并节省空间。需要低电量警告，以便患者的检查无需中断以更换电池。

电池管理

可以使用可充电电池;最好的选择是单节Li+电池。如果使用可充电电池，则需要在数字听诊器或充电座中使用电池充电器。电量计是准确确定剩余电池寿命的最佳解决方案。如果电池是可拆卸的，则还需要进行身份验证以进行安全和售后管理。

审核编辑：郭婷