不要為了將心電圖添加到您的可穿戴設(shè)備而傷心

正當(dāng)您即將將最新的胸戴式產(chǎn)品推向健康和健身可穿戴設(shè)備市場時，您意識到客戶越來越多地尋求心電圖 （ECG） 功能。這會讓你倒退幾個月，而你回去嘗試設(shè)計(jì)這個功能，對吧？錯！真？你問自己，這怎么可能？好吧，讓我們看看你真正需要什么來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，你可能會驚訝地發(fā)現(xiàn)，這一切都可以以比你想象的更直接的方式開發(fā)。

第 1 步：模擬前端
檢測 ECG 信號所需的模擬前端 （AFE） 需要幾個不同的構(gòu)建模塊。其中包括帶低通濾波器的輸入放大器、可編程增益放大器（PGA）和具有數(shù)字濾波選項(xiàng)的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。顯然，在可穿戴設(shè)備的密閉空間中，AFE的離散實(shí)現(xiàn)是不可行的。因此，需要采取綜合辦法。在為胸戴式可穿戴設(shè)備選擇集成生物電位ECG AFE時，需要注意一些重要的規(guī)格和功能。理想情況下，它應(yīng)使用具有非常高串聯(lián)電阻（> 500MΩ）和高CMRR（> 100dB）的單個輸入通道。除了符合靜電放電 （ESD） 標(biāo)準(zhǔn) （IEC61000-4-2） 和電磁干擾 （EMI） 濾波外，IC 還應(yīng)能夠檢測引線是否已連接（即使在睡眠模式下）或在正常運(yùn)行時它們是否已與佩戴者分離，同時還具有從過壓條件（例如除顫）中快速恢復(fù)的能力。此功能必須以盡可能低的功耗提供。

圖1所示為MAX30003的功能框圖，MAX40是一款完全集成的生物電勢ECG AFE，用于滿足這些要求的可穿戴設(shè)計(jì)。該設(shè)備的一個優(yōu)點(diǎn)是它僅使用一對電極提供心電圖波形（沒有這種多導(dǎo)聯(lián)，電線到處都是你在醫(yī)院看到的心電圖廢話！該IC的另一個重要特性是，它還在同一封裝中執(zhí)行心率檢測。其他心電圖 AFE IC 不執(zhí)行心率檢測;相反，它們依靠微控制器來執(zhí)行計(jì)算，這通常會消耗額外的150μW功率。該AFE的典型電流消耗僅為70μW（比同類器件低近60601%），可使用單節(jié)紐扣電池供電。它符合IEC2-47-<> ECG規(guī)范，適用于臨床和健身應(yīng)用。

圖1.MAX30003生物電勢AFE

第 2 步：設(shè)計(jì)運(yùn)動偽影帶通濾波器
運(yùn)動偽像是由佩戴者運(yùn)動引起的雜散測量。您需要一個帶通濾波器來去除它們（或減少它們的影響）。這最好在模擬域中完成，然后再將電極信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字域。實(shí)現(xiàn)此目的的主要方法是使用高通和低通濾波器減少帶寬。使用MAX30003，可將外部電容CHPF連接至CAPP和CAPN引腳來設(shè)置單極點(diǎn)高通轉(zhuǎn)折頻率，如圖2所示。使用的值應(yīng)將高通轉(zhuǎn)折設(shè)置為 5Hz，特別是對于高運(yùn)動使用，例如大多數(shù)運(yùn)動和健身應(yīng)用。對于臨床應(yīng)用，這可以低得多，通常低至 0.5Hz 甚至 0.05Hz。當(dāng)幾乎沒有運(yùn)動時，這為診斷提供了更高質(zhì)量的心電圖信息。

圖2.輸入模擬帶通濾波器網(wǎng)絡(luò)

圖3顯示了胸帶應(yīng)用的模擬帶通波特圖。

圖3.胸帶的模擬帶通濾波器波特圖

第 3 步：考慮您的電源選項(xiàng)
根據(jù)所使用的電池類型，有多種選擇可以為整個可穿戴設(shè)備供電。最簡單的選擇是使用線性穩(wěn)壓器（圖 4）從紐扣電池創(chuàng)建一個通用的 1.8V DC 電源軌，通常從 3.4V 到 2.2V 不等。但是，這種方法不是特別節(jié)能。

圖4.簡單的線性壓差穩(wěn)壓器電源方案

雖然使用降壓穩(wěn)壓器代替低壓差（LDO）穩(wěn)壓器可以提高效率，但最佳解決方案是使用電源管理IC（PMIC），如圖5所示。

圖5.PMIC 和 3VDC 紐扣電池

使用此類解決方案的優(yōu)點(diǎn)是PMIC可以為微控制器、AFE和數(shù)字接口提供單獨(dú)的電源輸出。

審核編輯：郭婷