精密低功耗信號(hào)鏈：生物電勢(shì)測(cè)量挑戰(zhàn)簡(jiǎn)介

在這個(gè)新的精密低功耗博客系列中，我們將深入探討進(jìn)行生物電勢(shì)測(cè)量的挑戰(zhàn)。我們還將解決一些經(jīng)常出現(xiàn)的常見主題，例如：

設(shè)計(jì)精密低功耗信號(hào)鏈，最大限度地延長(zhǎng)電池壽命

在存在各種干擾源的情況下測(cè)量小信號(hào)

了解電極以及與干電極良好接觸的困難

共模抑制比 （CMRR） 和右腿驅(qū)動(dòng) （RLD）

實(shí)施電極/導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)

第一個(gè)要點(diǎn)是需要強(qiáng)調(diào)的重要項(xiàng)目符號(hào)，不僅限于醫(yī)療保健可穿戴設(shè)備。環(huán)境監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)儀表（電磁流量、液位、壓力和溫度檢測(cè)）、電化學(xué)氣體檢測(cè)和 pH 測(cè)量等應(yīng)用都需要低功耗下的精度。那么，是什么讓這具有挑戰(zhàn)性呢？從更高電壓的雙極性電源到單 3.3V 或 1.8V 電源可大幅減少可用裕量，并限制可應(yīng)用的增益。電池供電應(yīng)用通?？臻g受限，因此PCB面積非常寶貴。此外，還必須考慮功率、噪聲、帶寬和測(cè)量采樣速率之間的權(quán)衡。

低功耗設(shè)計(jì)需要系統(tǒng)級(jí)方法來真正優(yōu)化電池壽命。幸運(yùn)的是，ADI公司正在為完整的精密低功耗信號(hào)鏈提供建議、工具和支持，以協(xié)助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

為什么選擇生物電勢(shì)？

隨著可以檢測(cè)心房顫動(dòng)（AFib）甚至睡眠呼吸暫停的產(chǎn)品的推出，基于健身的可穿戴設(shè)備和醫(yī)療保健技術(shù)之間的界限繼續(xù)模糊。過去兩年進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了醫(yī)療級(jí)設(shè)備的需求和緊迫性，這些設(shè)備可以監(jiān)測(cè)家中患者的健康狀況，實(shí)現(xiàn)疾病的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防，降低成本以及與醫(yī)生遠(yuǎn)程溝通。生物電勢(shì)測(cè)量可以進(jìn)一步用于各種其他應(yīng)用，例如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），虛擬現(xiàn)實(shí)（VR），驗(yàn)證用戶身份，甚至控制假肢。無(wú)論何種應(yīng)用，采集這些信號(hào)的挑戰(zhàn)都是一樣的，本系列旨在解決設(shè)計(jì)中的痛點(diǎn)。如果未涵蓋某個(gè)主題，請(qǐng)隨時(shí)在我們專用的EngineerZone頁(yè)面上提出您的問題，用于精密低功耗信號(hào)鏈。

生物勢(shì)概述

圖 1 – 電極及其源感應(yīng)的生物電勢(shì)信號(hào)

生物電勢(shì)是由體內(nèi)各種細(xì)胞的電化學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)。當(dāng)這些細(xì)胞受到刺激時(shí)，會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作電位。動(dòng)作電位是在相鄰細(xì)胞之間傳遞信息的一種方式，這些電位的積累可以產(chǎn)生通常測(cè)量的生物電位。圖2顯示了心臟內(nèi)的電活動(dòng)和可以用皮膚電極測(cè)量的更易識(shí)別的ECG生物電位信號(hào)。

測(cè)量這些生物電勢(shì)的困難在于存在其他不需要的干擾物。由于電極半電池電位和電極不匹配、緩慢移動(dòng)的基線漂移、1/F噪聲和運(yùn)動(dòng)偽影，直流至低頻可能包含較大的偏移。請(qǐng)注意，這些信號(hào)不是共模，而是與生物電勢(shì)信號(hào)串聯(lián)出現(xiàn)。在較高頻率下，需要擔(dān)心的共模信號(hào)是來自交流電源的 50/60Hz。有時(shí)，其他生物電勢(shì)甚至可能是干擾源，例如測(cè)量心電圖時(shí)的肌電圖或測(cè)量腦電圖時(shí)的心電圖。圖3顯示了這些生物電勢(shì)和干擾源的重疊頻率范圍。

圖 3 – 生物電勢(shì)信號(hào)幅度、頻率范圍和干擾源示例

審核編輯：郭婷