低功耗、低成本無(wú)線心電圖監(jiān)視儀設(shè)計(jì)技巧
傳統(tǒng)心電監(jiān)護(hù)儀通常需要隨身攜帶記錄監(jiān)視儀，放在靠近病人頸部或腕部的口袋里，而無(wú)線心電圖監(jiān)視儀的噪聲和干擾大大降低，尺寸減小到甚至可以安裝在電極背面，能夠提供比傳統(tǒng)方案更精確的信號(hào)。這種電路價(jià)格便宜，且能夠提供診斷質(zhì)量的1導(dǎo)聯(lián)心電圖跡線，驅(qū)動(dòng)腿免除了對(duì)60Hz陷波濾波器的需求。所有的電路都能穿戴在衣服內(nèi)，因此患者舒適度和隱私度大幅提高。病人的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加密，每隔幾分鐘就自動(dòng)上載至醫(yī)院、護(hù)理機(jī)構(gòu)或養(yǎng)護(hù)機(jī)構(gòu)中的現(xiàn)場(chǎng)采集分析系統(tǒng)。病人可以在預(yù)定的時(shí)間(每天或每周)到醫(yī)生辦公室或診所上載信息，而無(wú)需移除監(jiān)視儀或重新放置電極。無(wú)線心電圖監(jiān)視儀還可以安裝存儲(chǔ)卡，通過(guò)手機(jī)或局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。除了性能、可靠性、低功耗以及成本等因素，無(wú)線心電圖監(jiān)視儀設(shè)計(jì)必須支持專用的遙測(cè)頻段，以使監(jiān)視儀的心電圖數(shù)據(jù)可以迅速、準(zhǔn)確、安全的傳輸至數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行評(píng)估。
在北美地區(qū)，無(wú)線醫(yī)療遙測(cè)服務(wù)(WMTS)頻段以及其它免授權(quán)的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用(ISM)頻段提供專用的頻譜，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)干擾、可靠連接。ADI公司的ADF7021高性能、窄帶ISM收發(fā)器IC支持WMTS頻段以及433MHz、868MHz與915MHz的ISM頻段。ADF7021具有同類最佳的接收機(jī)靈敏度，在1kbps時(shí)為-123dBm，內(nèi)置T/R開(kāi)關(guān)、VCO tank、RF/IF濾波器、全自動(dòng)化的自動(dòng)頻率控制(AFC)與自動(dòng)增益控制(AGC)電路。為了延長(zhǎng)電池壽命，ADF7021可以設(shè)置在功耗極低的休眠模式，使電流消耗下降至不足0.1μA。
ADF7021與低功耗微控制器一起使用時(shí)，平均待機(jī)電流不足2μA。WMTS優(yōu)化的無(wú)線電電臺(tái)參考設(shè)計(jì)(EVAL-ADF7021DBZ6)包括原理圖與布局，可供用戶作為無(wú)線心電圖監(jiān)視儀設(shè)計(jì)的參考。
AD623是一款集成單電源儀表放大器，提供軌對(duì)軌輸出擺幅和低功耗(3V電壓功耗為1.5mW)。其中心節(jié)點(diǎn)用于訪問(wèn)殘留共模信號(hào)。AD8500低功耗、高精密CMOS運(yùn)算放大器的最大電源電流是1μA，最大偏置電壓1mV，典型輸入偏移電流1pA，提供軌對(duì)軌輸入和輸出，采用1.8V～5.5V單電源或±0.9V～±2.75V雙電源供電。AD8641低功耗、軌對(duì)軌輸出結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)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681kΩ。AD7466是一款12-bit ADC，采用小型封裝，且功耗極低，3.6V/50 kSPS時(shí)，功耗為480μW。它采用6引腳SOT-23封裝。對(duì)于要求更寬動(dòng)態(tài)范圍和更高信噪比的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，AD7685 PulSAR ADC可以提供16-bit分辨率，在2.5V/100 kSPS時(shí)，功耗為1.35mW，它采用3mm × 3mm QFN(LFCSP)封裝。這些方案(參見(jiàn)下圖)需要低功耗的微控制器。另一種實(shí)現(xiàn)此信號(hào)鏈的方案是采用ADuC7022取代ADC和MCU。ADuC7022內(nèi)置16-bit/32-bit MCU，它在單芯片上集成了一個(gè)性能高達(dá)1MSPS的ADC。ADC提供必要的動(dòng)態(tài)范圍，以滿足醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)微弱的心電圖波形變化。ARM7架構(gòu)包括32-bit寄存器，使它能夠?qū)?strong>心電圖信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)FIR濾波。
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