可穿戴设备的健康监护设计方案

二十年前遇到紧急情况想打电话都找不到。二十年后，移动电话使我们能够随时随地拨打电话。又经过20 年的创新后，语音通话已不再是手机这款智能设备的主要功能，它不仅可以拍摄美丽的照片、播放音频和视频流文件，而且还提供各种各样的服务——现在还逐渐成为我们的私人教练。配备传感器或者连接到穿戴式传感器后，这些设备可用来监控日常活动和个人健康状况。在不断增强的健康意识推动下，人们开始关注测量生命体征参数——如心率、体温、血氧饱和度、血压、活动水平（运动量）和脂肪燃烧量——以及追踪这些参数的日常变化趋势。

现在，装有多个传感器的通用传感器前端可监控这些参数。最大的挑战是最大程度地缩小尺寸并延长电池使用寿命。本文讨论面向迅猛增长的可穿戴电子产品市场的解决方案。

最重要的生命体征信号

没了心跳，我们就会有大麻烦，因此，脉搏或心率至今仍是我们需监控的最重要的参数。除了每分钟心跳次数以外，我们还想检查心脏行为与活动量的关系。心律也非常重要，因为快速变化的心率是心脏疾病的征兆。

心率和心脏活动监护通常是使用心电图(ECG)测量生理电信号来实现。连接到身体上的电极可测量心脏组织中心电的信号的活动。专业的诊断系统便是基于此原理，测量时胸部和四肢最多可连接10个电极。ECG可提供一次心跳不同分量（P波、QRS波和T波）的相关详细信息。

图1. AD8232单导联ECG前端

单导联ECG在体育界的应用越来越普遍，其使用双电极胸带来测量心脏活动。虽然可检测到各种ECG波形，但大多数系统只测量心率。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。AD8232 单导联心率监护仪前端（如图1 所示）就是专为此类低功耗可穿戴应用而开发的。该器件内置增益为100 V/V 的仪表放大器和一个高通滤波器，能阻止皮肤上电极的半电池电位产生的失调电压。输出缓冲器和低通滤波器则可抑制肌肉活动产生的高频分量（EMG 信号）。此低功耗前端功耗为170μA，可与16位片上计量仪ADuCM350配合使用，进行高性能、单导联ECG 测量。

查看全文