便携式ECG方案介绍

近年来，中国心血管病患病率及死亡率仍处于上升阶段，而实时的便携式心电监测能够及时地发现异常心电信号，提醒人们提前就医，避免危险病情的发生，因此近年来心电监测市场十分火热。TI在心电监测领域耕耘多年，从心电采集ADC，低功耗的电源到无线传输，均有相应的解决方案。

一、心电导联数量与ADC选型之间的联系

TI心电信号检测相关的ADC有很多，通道数也不尽相同，那究竟该选择哪一颗产品？这里总结了不同心电产品和TI ADC产品之间的关系，帮助大家理解并快速完成选型。

 

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单导联心电ADS1291/ADS1292R

(1). 用途

单导联心电图是由一对心电电极所采集到的单路心电信号，应用在产品中常见的是胸前导联和双手导联，胸前导联适用于长时间的心电监测，最长一般有14天的连续记录，双手导联一般适用于短时实时的心电测量，体积小巧，方便随身携带，一般属于家用心电记录仪。单导联的心电图能初步筛查心脏早搏、房颤及各种心律不齐的心电表现。

(2). 电极分布及导联示意

Lead I: I = LA – RA，LA是left-arm电极, RA是right-arm电极。

 

 

 

ADS1292R：单导联+呼吸检测，通道1被用来做呼吸检测。至少需要2个电极，右腿驱动的输出电极可以与LA或RA共用。

 

 

图2 ADS1291, ADS1292R内部架构及外部连接方式

 

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三导联、五导联心电ADS1292，ADS1293，ADS1295

 

(1). 用途

三导联或五导联心电一般用来做24小时的心电信号记录。这个24小时的数据是诊断心脏问题的常用工具。

(2). 电极分布及导联示意

 

导联名称：

Lead I: I = LA - RA

Lead II: II = LL – RA

通过Lead I和Lead II可以求出以下导联：

Lead III: III = LL - LA

aVR = -(I + II)/2 = RA - (LA + LL)/2

aVL = I - II/2 = LA - (RA + LL)/2

aVF = II - I/2 = LL - (RA + LA)/2

WCT(Wilson Central Terminal) = (RA + LA + LL)/3，五导联中，一般会加一个胸部导联，Lead V1威尔逊中心节点会作为胸部导联的参考电压。胸部导联Lead V1 = V1 – WCT。

 

图3三导联心电图连接

 

ADS1292做三导联：

 

至少3个电极，右腿驱动的输出电极可以与LA，RA或LL共用。大部分的设计中，3导联就是三个电极。测量两个导联Lead I和Lead II，还可以算出另外4个导联。所以，ADS1292的五导联是需要用软件计算得出来的。

 

ADS1293做三导联：同ADS1292。

 

图4 ADS1293 三导联心电连接图

 

ADS1293做五导联：

 

实际上5个电极可以获得6个导联的信号，有一个电极还是右腿驱动。一般来讲5导联需要加一个胸导。

 

图5 ADS1295 五导联心电连接图

 

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十二导联以上心电ADS1294, ADS1296, ADS1298

 

在一些应用中，需要获得更多的导联信息以获得更全面的心脏活动信息。例如，十八导联心电能够同步观察左心室各壁，右心室等全部心室的心电情况。一般可以使用2片ADS1298。

针对于其它导联数量的需求，有时还需要呼吸检测（需要使用尾缀带R的版本），ADS1294，ADS1296，ADS1294R，ADS1296R一般用在大于十二导联上，组合起来一起使用，一般来讲增加的导联数量都是胸导。

 

二. ADS129X系列的外围器件推荐

1.电源

对于这个系列的产品而言，ADC需要两个电源供电，一个是模拟部分的供电，一个是数字部分的供电。因为模拟部分和数字部分都是一个范围供电，对于不同的客户而言，会结合电极的输出信号范围，选择单极性电源或双极性电源以及电源的幅值。

单极性电源：

模拟供电：2.7V-5.25V，数字供电：1.65V-3.6V

5V转3.3V，推荐TPS7A20，静态电流极低仅有6.5uA，同时用法非常简单。

 

图6 TPS7A20应用示例

 

在两节干电池的便携式ECG中，还会需要一个升压芯片TLV61220至3.3V给数字部分供电，然后再用TPS7A20降压至3.0V作为模拟供电。

TLV61220：静态电流只有5.5uA，在典型工作条件下效率高达95%，能够满足便携式ECG长时间使用的需求。

 

 

图7 TLV61220应用实例及效率曲线

 

双极性电源供电：

一般来讲，+-2.5V会从3.3V往下转，这里推荐一个电荷泵TPS60403，先把3.3V转成-3.3V，然后TPS72301从-3.3V转成-1.8V。

 

 

图8 TPS60403和TPS723应用实例

 

2.蓝牙芯片

目前，在便携式ECG中，数据除了需要存储在SD卡中以外，也需要能够通过蓝牙把数据传输至手机端。

3.充电管理芯片

目前从市场的应用上看，主要以干电池或纽扣电池为主，使用锂电池供电的方式并不多。主要的原因是，当前便携式ECG的主要应用场景还是在医院监测病人的心脏状况，所以对设备使用的及时性就显得更加重要，对锂电池的充电显然没有干电池或者纽扣电池换电更迅速。

这里我们推荐一颗新产品：适用于可穿戴设备和物联网的低IQ高度集成电池充电管理解决方案BQ25125，它的主要优势在于，集成了一颗降压芯片buck和一颗LDO，可以满足ADS119X和ADS129X系列的电源轨需求，同时，超低的静态电流也能保证产品的续航时间。

 

图9 BQ25125典型应用框图

 

4.电压参考

当采用3V电源时，VREF = (VREFP – VREFN) =2.5V，当采用5V电源VREF = (VREFP – VREFN)= 4.096V。

这里我们推荐REF5025和REF5040即可，目前根据市场上的使用情况来看，ADC内部的参考就可以满足使用的需求。

文中ADS1291,ADS1292R,ADS1292,ADS1293,ADS1298,ADS1296,ADS1294,ADS1296R,ADS1294R,BQ25125,REF5025,REF5040等型号产品，均可在华秋商城采购。华秋商城作为本土“元器件电商”的“探索者”之一，致力为全球电子产业创造价值，向客户提供围绕“品牌选型+现货采购+海外代购+BOM配单”的全流程服务。通过与全球3000多家原厂品牌及代理商搭建战略合作伙伴关系，华秋商城可直接获得原厂货源，并可为用户提供从方案设计到各类元件采购的一站式解决方案，包括BOM配单一键采购、PCBA加工。