便攜式ECG方案介紹

近年來，中國心血管病患病率及死亡率仍處于上升階段，而實時的便攜式心電監(jiān)測能夠及時地發(fā)現(xiàn)異常心電信號，提醒人們提前就醫(yī)，避免危險病情的發(fā)生，因此近年來心電監(jiān)測市場十分火熱。TI在心電監(jiān)測領(lǐng)域耕耘多年，從心電采集ADC，低功耗的電源到無線傳輸，均有相應(yīng)的解決方案。

一、心電導(dǎo)聯(lián)數(shù)量與ADC選型之間的聯(lián)系

TI心電信號檢測相關(guān)的ADC有很多，通道數(shù)也不盡相同，那究竟該選擇哪一顆產(chǎn)品？這里總結(jié)了不同心電產(chǎn)品和TI ADC產(chǎn)品之間的關(guān)系，幫助大家理解并快速完成選型。

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單導(dǎo)聯(lián)心電ADS1291/ADS1292R

(1). 用途

單導(dǎo)聯(lián)心電圖是由一對心電電極所采集到的單路心電信號，應(yīng)用在產(chǎn)品中常見的是胸前導(dǎo)聯(lián)和雙手導(dǎo)聯(lián)，胸前導(dǎo)聯(lián)適用于長時間的心電監(jiān)測，最長一般有14天的連續(xù)記錄，雙手導(dǎo)聯(lián)一般適用于短時實時的心電測量，體積小巧，方便隨身攜帶，一般屬于家用心電記錄儀。單導(dǎo)聯(lián)的心電圖能初步篩查心臟早搏、房顫及各種心律不齊的心電表現(xiàn)。

(2). 電極分布及導(dǎo)聯(lián)示意

Lead I: I = LA – RA，LA是left-arm電極, RA是right-arm電極。

ADS1292R：單導(dǎo)聯(lián)+呼吸檢測，通道1被用來做呼吸檢測。至少需要2個電極，右腿驅(qū)動的輸出電極可以與LA或RA共用。

圖2 ADS1291, ADS1292R內(nèi)部架構(gòu)及外部連接方式

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三導(dǎo)聯(lián)、五導(dǎo)聯(lián)心電ADS1292，ADS1293，ADS1295

(1). 用途

三導(dǎo)聯(lián)或五導(dǎo)聯(lián)心電一般用來做24小時的心電信號記錄。這個24小時的數(shù)據(jù)是診斷心臟問題的常用工具。

(2). 電極分布及導(dǎo)聯(lián)示意

導(dǎo)聯(lián)名稱：

Lead I: I = LA - RA

Lead II: II = LL – RA

通過Lead I和Lead II可以求出以下導(dǎo)聯(lián)：

Lead III: III = LL - LA

aVR = -(I + II)/2 = RA - (LA + LL)/2

aVL = I - II/2 = LA - (RA + LL)/2

aVF = II - I/2 = LL - (RA + LA)/2

WCT(Wilson Central Terminal) = (RA + LA + LL)/3，五導(dǎo)聯(lián)中，一般會加一個胸部導(dǎo)聯(lián)，Lead V1威爾遜中心節(jié)點會作為胸部導(dǎo)聯(lián)的參考電壓。胸部導(dǎo)聯(lián)Lead V1 = V1 – WCT。

圖3三導(dǎo)聯(lián)心電圖連接

ADS1292做三導(dǎo)聯(lián)：

至少3個電極，右腿驅(qū)動的輸出電極可以與LA，RA或LL共用。大部分的設(shè)計中，3導(dǎo)聯(lián)就是三個電極。測量兩個導(dǎo)聯(lián)Lead I和Lead II，還可以算出另外4個導(dǎo)聯(lián)。所以，ADS1292的五導(dǎo)聯(lián)是需要用軟件計算得出來的。

ADS1293做三導(dǎo)聯(lián)：同ADS1292。

圖4 ADS1293 三導(dǎo)聯(lián)心電連接圖

ADS1293做五導(dǎo)聯(lián)：

實際上5個電極可以獲得6個導(dǎo)聯(lián)的信號，有一個電極還是右腿驅(qū)動。一般來講5導(dǎo)聯(lián)需要加一個胸導(dǎo)。

圖5 ADS1295 五導(dǎo)聯(lián)心電連接圖

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十二導(dǎo)聯(lián)以上心電ADS1294, ADS1296, ADS1298

在一些應(yīng)用中，需要獲得更多的導(dǎo)聯(lián)信息以獲得更全面的心臟活動信息。例如，十八導(dǎo)聯(lián)心電能夠同步觀察左心室各壁，右心室等全部心室的心電情況。一般可以使用2片ADS1298。

針對于其它導(dǎo)聯(lián)數(shù)量的需求，有時還需要呼吸檢測（需要使用尾綴帶R的版本），ADS1294，ADS1296，ADS1294R，ADS1296R一般用在大于十二導(dǎo)聯(lián)上，組合起來一起使用，一般來講增加的導(dǎo)聯(lián)數(shù)量都是胸導(dǎo)。

二. ADS129X系列的外圍器件推薦

1.電源

對于這個系列的產(chǎn)品而言，ADC需要兩個電源供電，一個是模擬部分的供電，一個是數(shù)字部分的供電。因為模擬部分和數(shù)字部分都是一個范圍供電，對于不同的客戶而言，會結(jié)合電極的輸出信號范圍，選擇單極性電源或雙極性電源以及電源的幅值。

單極性電源：

模擬供電：2.7V-5.25V，數(shù)字供電：1.65V-3.6V

5V轉(zhuǎn)3.3V，推薦TPS7A20，靜態(tài)電流極低僅有6.5uA，同時用法非常簡單。

圖6 TPS7A20應(yīng)用示例

在兩節(jié)干電池的便攜式ECG中，還會需要一個升壓芯片TLV61220至3.3V給數(shù)字部分供電，然后再用TPS7A20降壓至3.0V作為模擬供電。

TLV61220：靜態(tài)電流只有5.5uA，在典型工作條件下效率高達(dá)95%，能夠滿足便攜式ECG長時間使用的需求。

圖7 TLV61220應(yīng)用實例及效率曲線

雙極性電源供電：

一般來講，+-2.5V會從3.3V往下轉(zhuǎn)，這里推薦一個電荷泵TPS60403，先把3.3V轉(zhuǎn)成-3.3V，然后TPS72301從-3.3V轉(zhuǎn)成-1.8V。

圖8 TPS60403和TPS723應(yīng)用實例

2.藍(lán)牙芯片

目前，在便攜式ECG中，數(shù)據(jù)除了需要存儲在SD卡中以外，也需要能夠通過藍(lán)牙把數(shù)據(jù)傳輸至手機(jī)端。

3.充電管理芯片

目前從市場的應(yīng)用上看，主要以干電池或紐扣電池為主，使用鋰電池供電的方式并不多。主要的原因是，當(dāng)前便攜式ECG的主要應(yīng)用場景還是在醫(yī)院監(jiān)測病人的心臟狀況，所以對設(shè)備使用的及時性就顯得更加重要，對鋰電池的充電顯然沒有干電池或者紐扣電池?fù)Q電更迅速。

這里我們推薦一顆新產(chǎn)品：適用于可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)的低IQ高度集成電池充電管理解決方案BQ25125，它的主要優(yōu)勢在于，集成了一顆降壓芯片buck和一顆LDO，可以滿足ADS119X和ADS129X系列的電源軌需求，同時，超低的靜態(tài)電流也能保證產(chǎn)品的續(xù)航時間。

圖9 BQ25125典型應(yīng)用框圖

4.電壓參考

當(dāng)采用3V電源時，VREF = (VREFP – VREFN) =2.5V，當(dāng)采用5V電源VREF = (VREFP – VREFN)= 4.096V。

這里我們推薦REF5025和REF5040即可，目前根據(jù)市場上的使用情況來看，ADC內(nèi)部的參考就可以滿足使用的需求。

文中ADS1291,ADS1292R,ADS1292,ADS1293,ADS1298,ADS1296,ADS1294,ADS1296R,ADS1294R,BQ25125,REF5025,REF5040等型號產(chǎn)品，均可在華秋商城采購。華秋商城作為本土“元器件電商”的“探索者”之一，致力為全球電子產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造價值，向客戶提供圍繞“品牌選型+現(xiàn)貨采購+海外代購+BOM配單”的全流程服務(wù)。通過與全球3000多家原廠品牌及代理商搭建戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，華秋商城可直接獲得原廠貨源，并可為用戶提供從方案設(shè)計到各類元件采購的一站式解決方案，包括BOM配單一鍵采購、PCBA加工。