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(chǎng)時(shí)，您意識(shí)到客戶越來(lái)越多地尋求心電圖 （ECG） 功能。這會(huì)讓你倒退幾個(gè)月，而你回去嘗試設(shè)計(jì)這個(gè)功能，對(duì)吧？錯(cuò)！真？你問(wèn)自己，這怎么可能？好吧，讓我們看看你真正需要什么來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，你可能會(huì)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(kāi)發(fā)。

第 1 步：模擬前端
檢測(cè) ECG 信號(hào)所需的模擬前端 （AFE） 需要幾個(gè)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(shí)，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(gè)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(cè)引線是否已連接（即使在睡眠模式下）或在正常運(yùn)行時(shí)它們是否已與佩戴者分離，同時(shí)還具有從過(guò)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(shì)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是它僅使用一對(duì)電極提供心電圖波形（沒(méi)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(gè)重要特性是，它還在同一封裝中執(zhí)行心率檢測(cè)。其他心電圖 AFE IC 不執(zhí)行心率檢測(cè);相反，它們依靠微控制器來(lái)執(zhí)行計(jì)算，這通常會(huì)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(shì)AFE

第 2 步：設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)偽影帶通濾波器
運(yùn)動(dòng)偽像是由佩戴者運(yùn)動(dòng)引起的雜散測(cè)量。您需要一個(gè)帶通濾波器來(lái)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(hào)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(lái)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(duì)于高運(yùn)動(dòng)使用，例如大多數(shù)運(yùn)動(dòng)和健身應(yīng)用。對(duì)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(méi)有運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(gè)可穿戴設(shè)備供電。最簡(jiǎn)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(gè)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(jiǎn)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