數字聽診器及電子器件選型指南

概述

無論是聲學聽診器，還是數字聽診器，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行診斷。聲學聽診器的使用已經有大約200年的歷史，而電子數字聽診器則是近期開發出來的新型設備。

數字聽診器的基本目標是保持聲學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據顯示結果，并顯示在外設顯示器，如計算機監視器。先進的功能增強了醫師的診斷能力。數字聽診器在改進性能的同時，還要求維持現有聲學聽診器的外形(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

數字聽診器的主要單元是聲傳感器、音頻編解碼器和揚聲器。聲傳感器將聲音轉換成模擬電壓信號，這是信號鏈路的關鍵。它決定了數字聽診器的診斷質量，而確保用戶獲得與聲學聽診器相同的體驗。

需要對模擬電壓進行調理，并通過音頻模/數轉換器(ADC)或音頻編解碼器將其轉換為數字信號。有些數字聽診器帶有消噪聲功能，需要另一個聲傳感器或麥克風記錄環境噪聲，然后經過數字輸出消除噪聲。這種方案中，需要使用兩個音頻ADC。

數字聽診器原理框圖。關于Maxim推薦的數字聽診器方案

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

在輸出到揚聲器之前，利用耳機放大器或揚聲器放大器對音頻信號進行調整。可以在聽診器的管叉處放置單聲道揚聲器，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聲器，每個聽筒末端放置一個。考慮到這里的聲音信號頻率較低，揚聲器的頻響特性接近于重低音揚聲器。根據不同設計方案選擇使用單路或兩路揚聲器放大器。

聽診器必須對20Hz至400Hz心臟發出的聲音和100Hz至1200Hz肺部發出的聲音信號保持較高的靈敏度。注意，不同廠商可能規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。