从米家心电衣看心率监测设可穿戴心率测试挑战与解决方案分析

随着可穿戴技术愈渐成熟，人们不再满足于获取限定条件下的身体数据，而是希望在任何情况下都能够准确的了解自身身体状况。于是更便捷，更舒适，更精准，能够在各种环境下精确测量的可穿戴设备成为了市场的“宠儿”。

近期小米商城新上架了一款运动心电衣，可在运动状态下准确测量心率，观察心率的趋势，也可在相对静止状态下测量心电图，这一产品的推出引起了不少电子数码爱好者的关注，经过评测发现其测量核心的心电豆使用了来自ADI公司的单导联心率监护模拟前端AD8232。值得一提的是，AD8232是一款“出生”于8年前的产品，这样一款“历久弥新”的经典芯片用在了米家最新款的心电衣上，不得不说是一个奇妙的组合~

米家心电衣

获取心率数据，舒适和准确一样重要！

心血管疾病是危及人类生命健康的“头号杀手”，有数据显示，每年心血管疾病死亡人数占全球死亡总人数的29%；中国心血管病患者2.9亿，每5例死亡者中有2例死于心血管病。而这类疾病都是有征兆的，在发病期的2-3天前心率波形就会发生变化，所以一款能够有效进行心率监测的可穿戴设备是至关重要的，既能够测试静态情况下的心脏情况，也要监控在运动过程中心脏在承压工作中的问题，早发现早治疗。

我们都知道心率和心脏活动监护通常是使用ECG测量生理电信号来实现。ECG测量的是人体心脏由于每次心跳使心肌去极化和复极化而产生的电信号。信号幅度通常为0.5mV至4mV，测量频率范围在0.05Hz至40Hz之间。而这需要通过将电极与皮肤相连来监测心脏活动，为了在诊断应用中确保与人体的良好接触，业界的很多可穿戴设备采用了双电极胸带。虽然可检测到各种ECG波形，但大多数系统只测量心率，并且这些胸带穿戴起来并不舒服，因此，体育和保健行业正在寻找替代方案，例如将电极集成到运动衫上。

米家心电衣_心电豆

这款米家的运动心电衣就是典型的例子，将精心设计的导电织物电极植入到运动衣中实现无感检测。贴身的设计不仅可以更准确地测量心率还可以用作心脏功能测量或潜在心脏病事件（如心房颤动或持续高血压）的预警。其中测量的核心就是来自ADI的AD8232单导联心率监护仪前端，其设计初衷也是专为此类低功耗可穿戴应用而开发的。值得一提的是，ADI利用其在ECG应用上积累的芯片诸多设计经验以及系统工程经验，后续在AD8232的基础上推出了全新升级版AD8233。

AD8233 是一种适用于心电图 (ECG) 和其他生物电势测量应用的集成信号调理模块。根据设计，该器件用于在嘈杂条件下采集、放大和过滤微小的生物电势信号，例如由于运动或远处放置电极而产生的信号。借助这种设计，超低功率模数转换器 (ADC) 或嵌入式微控制器可轻松采集输出信号。

完整ECG和低功耗信号调理前端

超高配置灵活滤波，AD8233完美Handle可穿戴

人体的电极电压是毫伏级别的，在测量过程中获取的信号很弱且很噪杂，从而对运动相关的干扰噪声很敏感，并且电极的金属与皮肤接触时会产生极大且不平衡的接触阻抗，这会严重干扰采集信号的质量。由于这个原因，滤波对于获取有用的信号很重要。AD8233提供高度灵活的滤波器配置：双极点可调高通滤波器、带可调增益的三极点可调低通滤波器以及一个RFI滤波器，这对于许多应用在恶劣的电气环境下实现一致且可信的操作非常重要。

其中二极高通滤波器来消除运动伪影和电极半电池电势，这种滤波器与放大器的仪表架构紧密耦合，从而在单级中实现大增益和高通滤波，进而节省空间和成本。三极低通滤波器是AD8233借助一个通用运算放大器形成的，用于消除更多噪声。RFI滤波器有助于从热电偶进行任何高频拾取。以上所有滤波器用户都可以自行选择截止频率，以便满足不同应用类型的需求。在易用性和灵活性方面，为了改善系统中线路频率的共模抑制和减轻其他不想要的干扰，AD8233 集成了一个带关断功能的右腿驱动(RLD)放大器和一个非专用运算放大器。

值得一提的是，AD8233 还包含了一项快速恢复功能，使高通滤波器原本较长的建立时间缩短。当有突然到电源轨的信号时（例如发生导联关闭情况），AD8233 会自动调整到更高的滤波器截止频率。此功能可让 AD8233 快速恢复，从而确保在将电极连接到测量对象后尽快执行有效测量。

集成参考结补偿和断线检测特性的热电偶电路

ADI低功耗AFE应用不止于此

随着技术的进步，可穿戴设备不再局限于医疗保健和家庭护理上，并逐渐在运动市场开始发力。这对设备的功耗，尺寸和准确度都提出了新的挑战，而ADI 的技术可以将这些颇具挑战性的难题转变为完善的产品和完整的解决方案。

就如同AD8232虽然是一块八年前的产品，但是在通过对芯片以及外围电路的调整和优化后应用在最新款的心电衣上依旧是最合适的。其升级版AD8233则性能更优，具备更低功耗（减少67%），更小体积（减少70%）以及更低的噪声（减少25%）。AD8233同时也是非常成熟的产品，在穿戴式和医疗应用上也有非常多的成功案例。

此外，由于低功耗 (50 uA)、小巧的2 mm x 1.7 mmWLCSP封装、关断引脚以及灵活架构的巧妙结合，AD8233的应用范围不仅仅限于ECG前端，该器件在物联网、WSN或任何其他低功耗设计领域也能够完美胜任。