单芯片生物医学模仿，助力生物医学成长

氧饱和度、心电图、血压和呼吸频率的丈量已往仅有医院监护仪才可提供。这些参数的监测至关重要，尤其对付有隐藏医疗风险的职员来说，无论是在不测事情后、手术后，照旧在被诊断为患有严峻疾病时。跟着老龄化生齿的增进以及对医疗保健整体支出的凶猛存眷，院外医疗监护已成为一种成长趋势。现在，为了赶早发明某些变乱，对有隐藏风险的患者举办一般糊口监护，可能让患者携带监护仪由医院回抵家中，可使其痊愈进程更快捷、更舒服。尚有第三类用户也在丈量这些参数，他们以提防为目标，乃至尚未举办任何诊断。

多参数监护仪均具有沟通的需求：准确、小巧，而且一次充电即可持续长时刻事变。为了支持这一趋势，ADI 公司已经开拓出新的单芯片生物医学模仿前端系列。

ADPD4000 扼要概述

市场上有很多可组合两个或多个丈量功效的多参数体系。思量将心率监护仪与行为传感器团结行使，可以举办勾当跟踪，或操作阻抗检测举办心率变异性跟踪，可用于压力监测或就寝说明等应用。在大大都环境下，每次丈量都由专用模仿前端执行，因此必要多个芯片，每个芯片都有各自的模数转换器(ADC)、各自至主处理赏罚器的接口以及需去耦的多个电源和基准电压。这将导致很多冗余的构建模块，从尺寸和功率角度来看，它并非一个最优的体系。在可穿着体系中，再没有什么比拥有一个可毗连各个传感器的主信号链更利便的了。新型 ADPD4000 生物医学前端产物系列弥补了这一市场空缺。图 1 表现了 ADPD4xxx 系列的高级框图。该前端环绕两个沟通的吸取通道计划而成，可以同步举办采样。每个通道均以差分方法构建，因此可以在单端或差分丈量模式下丈量任何传感器输入。输入级是一个具有可编程增益的跨阻放大器，厥后接一个带通滤波器和一个积分器，可以或许举办每个采样 7.5 pC 的积分。其 ADC 是一款 14 位逐次迫近寄存器(SAR)转换器，最大采样速度为 1 MSPS。每个信号链的前面是一个 8 通道多路复用器，使模仿前端可以机动地将各类传感器信号路由至 AFE。

图 1.ADPD4000 系列的高级框图

行使该芯片可丈量各类信号，如图 1 所示。譬喻，可以将 AFE 修改为光学前端，以丈量光电心率或氧饱和度。在该模式下，我们将丈量光电流，因此必要行使一个高跨阻输入级将电流转换为电压。我们还必要消除来自情形光的滋扰。另一个用例是丈量来自心电图(ECG)或 EMG 传感器的生物电势信号。

这时必要差异的输入信号链配置，必要从头设置前端配置。在吸取信号链的旁边，该芯片还支持八个输出驱动器，可用于提供鼓励信号。您可以设置一个或多个输出来驱动 LED 举办光学丈量，可能可以将一个或多个驱动器输出用作鼓励举办阻抗丈量，可以在执行生物电丈量时丈量皮肤阻抗（皮肤电勾当(EDA)）或电极阻抗（影响丈量质量）。

该芯片应承用户在特按时隙中对每个设置或丈量举办预编程。它最多支持 12 个时隙，这使系同一经设置便很是易于行使。另外，该芯片无需特另外处理赏罚器资源，从而有助于最洪流平地低落体系总功耗。可在芯片内举办过采样和采样均匀，以进步 ADC 的有用位数(ENOB)。数据抽取路径为 32 位宽。丈量功效可以存储在深度为 256 字节或 512 字节的 FIFO（ADPD400x 或 ADPD410x）中。

集成的时刻戳成果可支持来自多个毗连传感器的数据样本之间的同步。如需行使多个传感器数据来确定差异丈量功效之间的相干性，则必要此成果。图 2 表现了怎样将该芯片用于 ECG 丈量，并与光电容积脉搏波(PPG)丈量同步。基于脉冲撒播时刻(PPT)丈量技能，可以持续模式举办血压丈量。这对付高血压患者很是有吸引力。时刻戳成果使之成为也许。

图 2. 同时举办 ECG 和 PPG 丈量以估测血压

图 3a 表现了怎样支持时隙事变的道理。每个时隙均从一个前置脉冲开始，后接一个鼓励脉冲，最后是一个光电二极管电流或来自另一个传感器信号（由 ADC 采样）的信号。

图 3b 表现了事变时序的示例。上电后，举办复位操纵，芯片进入就寝模式。芯片叫醒后，可以依次采样两个 ECG 信号（譬喻，LEAD I 和 LEAD II），然后举办光学丈量以获取 SpO2 读数，并举办阻抗丈量以丈量皮肤电导率（EDA/ 压力）。下面章节将先容得到这些丈量值的进程。

ECG 丈量变得越发轻松

ECG 丈量的是人体心脏因为每次心跳使心肌去极化和复极化而发生的电信号。信号幅度凡是为 0.5 mV 至 4 mV，丈量频率范畴在 0.05 Hz 至 40 Hz 之间。可以执行 ECG 仅丈量心率，可是在很多用例中，我们对波形自己更感乐趣，它可以用作心脏成果丈量或隐藏心脏病变乱（如心房哆嗦或一连高血压）的预警。可以通过将电极与皮肤相连来监测心脏勾当。为了在诊断应用中确保与人体的精采打仗，凡是回收湿电极。最常见的是银 / 氯化银(Ag/AgCl)电极。在院外应用中，这些电极很不舒服，而且轻易变干或刺激皮肤。另外，尽量干电极很常用，可是皮肤与电极之间的打仗导电性会低落，而且干电极对行为伪影更敏感，将导致读数不准确。

在院外（门诊）应用中，始终必要在高质量电极与舒服性之间举办衡量。ADPD4000 系列可以办理这一题目，不管电极质量怎样，都能提供准确的丈量。ECG 电路并不行使电压输入，而是丈量检测电容上累积的电荷。通过从无源 RC 收集和采样速度计较出的最佳时刻常数，充电进程可消除皮肤与电极打仗阻抗的变革。图 1 表现了怎样通过 RC 收集将 ECG 信号耦合到芯片中。该 ECG 电路具有固有的抗扰性，不受皮肤与电极之间打仗阻抗变革的影响。

图 3. 时隙事变和 ADPD4000 丈量时序的示例

图 4. 行使差异电极测得的两个 ECG 波形

（编辑：湖南网）

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