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解析:一款可穿戴無線ECG動態心電監護儀的設計

發布時間:2014-12-28 責任編輯:echolady

【導讀】傳統的心電監護儀都需要隨身攜帶記錄監視儀,而且需要放在能夠接觸病人的頸部或腕部,但是無線心電圖監視儀可以使干擾和噪聲大幅度降低,尺寸較小,信號精確,提升了患者的舒適度和隱私度。

病人的監測數據經過加密,每隔幾分鐘就自動上載至醫院、護理機構或養護機構中的現場采集分析系統。病人可以在預定的時間(每天或每周)到醫生辦公室或診所上載信息,而無需移除監視儀或重新放置電極。無線心電圖監視儀還可以安裝存儲卡,通過手機或局域網進行數據傳輸。除了性能、可靠性、低功耗以及成本等因素,無線心電圖監視儀設計必須支持專用的遙測頻段,以使監視儀的心電圖數據可以迅速、準確、安全的傳輸至數據采集器進行評估。

在北美地區,無線醫療遙測服務(WMTS)頻段以及其它免授權的工業、科學和醫用(ISM)頻段提供專用的頻譜,以確保數據傳輸的無干擾、可靠連接。 ADI公司的ADF7021高性能、窄帶ISM收發器IC支持WMTS頻段以及433 MHz、868 MHz與915 MHz的ISM頻段。

ADF7021具有同類最佳的接收機靈敏度,在1 kbps時為-123 dBm,內置T/R開關、VCO tank、RF/IF濾波器、全自動化的自動頻率控制(AFC)與自動增益控制(AGC)電路。為了延長電池壽命,ADF7021可以設置在功耗極低的休眠模式,使電流消耗下降至不足0.1 μA。ADF7021與低功耗微控制器一起使用時,平均待機電流不足2 μA。WMTS優化的無線電電臺參考設計(EVAL-ADF7021DBZ6)包括原理圖與布局,可供用戶作為無線心電圖監視儀設計的參考。

解析:一款可穿戴無線ECG動態心電監護儀的設計
圖1
 
無線動態心電監護儀尺寸極小,足以安裝在心電電極的背面,因為大大減少了噪聲和干擾,其信號精確度優于傳統設計。該電路價格低廉,并能提供診斷級單導 聯心電圖。 由于存在驅動腿,因而無需60 Hz陷波濾波器。 收發器(如下所示的ADF702x)及其外圍電路隨其所使用的頻帶而變化。 由于所有電路可以穿戴在衣物中,極大提升了患者的舒適度和私密性。

功能框圖

解析:一款可穿戴無線ECG動態心電監護儀的設計
圖2
 
AD623是一款集成單電源儀表放大器,提供軌對軌輸出擺幅和低功耗(3 V電壓功耗為1.5 mW)。其中心節點用于訪問殘留共模信號。

AD8500低功耗、高精密CMOS運算放大器的最大電源電流是1 μA,最大偏置電壓1 mV,典型輸入偏移電流1 pA,提供軌對軌輸入和輸出,采用1.8 V ~ 5.5 V單電源或±0.9 V ~ ±2.75 V雙電源供電。

AD8641低功耗、軌對軌輸出結型場效應晶體管(JFET)放大器具有高輸入阻抗、高精密性能以及低成本,輸入阻抗大于681 kΩ。

AD7466是一款12-bit ADC,采用小型封裝,且功耗極低,3.6 V/50 kSPS時,功耗為480 μW。它采用6引腳SOT-23封裝。對于要求更寬動態范圍和更高信噪比的設計來說,AD7685 PulSAR? ADC可以提供16-bit分辨率,在2.5 V/100 kSPS時,功耗為1.35 mW,它采用3 mm × 3 mm QFN (LFCSP)封裝。

另一種實現此信號鏈的方案是采用ADuC7022 取代ADC和MCU。功能框圖如下。ADuC7022內置16-bit/32-bit MCU,它在單芯片上集成了一個性能高達1 MSPS的ADC。ADC提供必要的動態范圍,以滿足醫用標準,檢測微弱的心電圖波形變化。ARM7架構包括32-bit寄存器,使它能夠對心電圖信號進行實時FIR濾波。

功能框圖

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圖3
 
ADuC70xx系列均為完全集成的1 MSPS、12位數據采集系統,在單芯片內集成高性能多通道ADC、16位/32位MCU和閃存/EE存儲器。

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