将心电图添加到可穿戴设备的跟简单快速的方法
就在您即将将最新的胸戴式产品带入健康和健身可穿戴设备市场时，您意识到客户越来越多地寻求心电图 （ecg） 功能。这会让你倒退几个月，而你回去尝试设计这个功能，对吧？错误的！真的吗？你问自己，这怎么可能？好吧，让我们看看你真正需要什么来实现这一点，你可能会惊讶于它可以以比你想象的更直接的方式开发。
第 1 步：模拟前端
检测 ecg 信号所需的模拟前端 （afe） 需要几个不同的构建模块。其中包括（除其他外）带有低通滤波器的输入放大器、可编程增益放大器 （pga） 和带有数字滤波选项的高精度模数转换器 （adc）。显然，在可穿戴设备的有限空间中，afe 的离散实现是不可行的。因此，需要一种综合方法。在为胸戴式可穿戴设备选择集成生物电位 ecg afe 时，需要注意一些重要的规格和功能。理想情况下，它应该使用具有非常高的串联电阻 （》 500mω） 和高 cmrr （》 100db） 的单个输入通道。除了符合静电放电 （esd） 标准 （iec61000-4-2） 和电磁干扰 （emi） 过滤，ic 应该能够检测导线是否已连接（即使在睡眠模式下），或者它们是否在正常操作中与佩戴者分离，同时还能够从过压条件（例如除颤）中快速恢复。必须以尽可能低的功耗提供此功能。
图 1显示了max30003的功能框图，这是一款完全集成的生物电势 ecg afe，可用于满足这些要求的可穿戴设计。该设备的一个优点是它仅使用one 即可提供 ecg 波形一对电极（你在医院看到的心电图胡说八道！）。该 ic 的另一个重要特点是它还可以在同一封装中执行心率检测。其他 ecg afe ic 不执行心率检测；相反，他们依靠微控制器来执行计算，这通常会消耗额外的 40µw 功率。该 afe 的典型电流消耗仅为 150µw（比类似部件低近 70%），可使用单个纽扣电池供电。它符合 iec60601-2-47 ecg 规范，使其适用于临床和健身应用。
图 1. max30003 生物电位 afe
第 2 步：设计运动伪影 带通滤波器
运动伪影是由佩戴者的运动引起的虚假测量。您需要一个带通滤波器来去除它们（或减少它们的影响）。这最好在将电极信号转换为数字域之前在模拟域中完成。实现这一点的主要方法是使用高通和低通滤波器降低带宽。使用 max30003，可以通过将外部电容 chpf 连接到 capp 和 capn 引脚来设置单极高通转角频率，如图 2所示。 使用的值应将高通拐角设置为 5hz，尤其是对于大多数运动和健身应用等高运动用途。对于临床应用，这可以低很多，通常低至 0.5hz 甚至 0.05hz。当几乎没有运动时，这为诊断提供了更好质量的心电图信息。
图 2. 输入模拟带通滤波器网络
图 3显示了胸带应用的模拟带通波特图。
图 3. 胸带的模拟带通滤波器波特图
第 3 步：考虑您的电源选项
根据所使用的电池类型，有多种选项可以为完整的可穿戴设备供电。最简单的选择是使用线性稳压器（图 4）从纽扣电池创建一个通用的 1.8v 直流电压轨，该电压通常在 3.4v 到 2.2v 之间变化。然而，这种方法并不是特别省电。
图 4. 简单的线性压差稳压器电源方案
虽然使用降压稳压器而不是低压差 （ldo） 稳压器可以提高效率，但最好的解决方案是使用电源管理 ic （pmic），如图 5所示。
图 5. pmic 和 3vdc 纽扣电池
使用此类解决方案的优势在于，pmic 可以为微控制器、afe 和数字接口提供单独的电源输出。
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图 1. max30003 生物电位 afe
第 2 步：设计运动伪影 带通滤波器
运动伪影是由佩戴者的运动引起的虚假测量。您需要一个带通滤波器来去除它们（或减少它们的影响）。这最好在将电极信号转换为数字域之前在模拟域中完成。实现这一点的主要方法是使用高通和低通滤波器降低带宽。使用 max30003，可以通过将外部电容 chpf 连接到 capp 和 capn 引脚来设置单极高通转角频率，如图 2所示。 使用的值应将高通拐角设置为 5hz，尤其是对于大多数运动和健身应用等高运动用途。对于临床应用，这可以低很多，通常低至 0.5hz 甚至 0.05hz。当几乎没有运动时，这为诊断提供了更好质量的心电图信息。
图 2. 输入模拟带通滤波器网络
图 3显示了胸带应用的模拟带通波特图。
图 3. 胸带的模拟带通滤波器波特图
第 3 步：考虑您的电源选项
根据所使用的电池类型，有多种选项可以为完整的可穿戴设备供电。最简单的选择是使用线性稳压器（图 4）从纽扣电池创建一个通用的 1.8v 直流电压轨，该电压通常在 3.4v 到 2.2v 之间变化。然而，这种方法并不是特别省电。
图 4. 简单的线性压差稳压器电源方案
虽然使用降压稳压器而不是低压差 （ldo） 稳压器可以提高效率，但最好的解决方案是使用电源管理 ic （pmic），如图 5所示。
图 5. pmic 和 3vdc 纽扣电池
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