基于微功耗IC实现延长监护仪电池寿命的方案解析_技术

本文介绍了一款利用微功耗IC实现的低功耗心率监护仪（HRM）。首先将给出HRM的定义，并介绍模拟前端，包括主信号链和其他用来实现特殊功能的电路；然后提供一种用于设计FIR（数字有限脉冲响应）滤波器的方法；最后，显示该HRM的实验结果，包括心率计算的精度和HRM的功耗。

许多因素决定了病患监护设备需要采用低电压和低功耗工作，因而需要采用低功耗、高精度的IC器件。其中一个因素是电池的持续使用：在Holter监护仪和其他的便携移动式心电图（ECG）系统中，电池已使用了数十年。作为唯一的电源，低压电池确保病人（以及设备）在故障条件下不会接触到高电源电压，因此必须使用低功耗IC，以便延长电池寿命。影响医疗保健用IC的另一个决定性因素是，市场要求提供更多的功能，但又不能增加空间、功耗或者成本。

本文介绍了一款利用微功耗IC实现的低功耗心率监护仪（HRM）。首先将给出HRM的定义，并介绍模拟前端，包括主信号链和其他用来实现特殊功能的电路；然后提供一种用于设计FIR（数字有限脉冲响应）滤波器的方法；最后，显示该HRM的实验结果，包括心率计算的精度和HRM的功耗。

心率监护仪（HRM）

HRM是一种个人监护设备，病人可以利用它来实时测量心率，或记录下来以供日后研究。HRM的主要功能是计算心率并显示ECG波形，此外还应提供导联脱落检测。HRM一般是便携式设备，采用电池供电，因此功耗必须很低。

在本文提出的设计中，HRM的模拟前端利用下列器件构建：微功耗仪表放大器、运算放大器，以及一个内置12位ADC、采样保持放大器和数字处理器的微转换器。处理后的数据送往PC进行显示。

HRM的模拟前端

图1显示了该设计的系统框图。微功耗仪表放大器构成了出色的HRM输入放大器，其微功耗、小尺寸、整个频率范围内的高共模抑制比（CMMR）、轨到轨输入和输出等特性非常适合这种应用。皮肤电位介于0.2mV到2mV.高性能的微功耗仪表放大器可解决许多常见的人体皮肤电位测量难题。对于这种应用，最佳的仪表放大器应当具有高CMMR，以便抑制共模信号，例如手术室设备的线路噪声或高频EMI等。它还应当具有轨到轨输出的特性，以便提供宽动态范围，从而提供典型仪表放大器难以实现的更高增益。此外，当在微功耗仪表放大器（例如，ADI公司的AD8236）之前使用串联输入电阻时，设计人员应当配置RC滤波器来降低高频噪声。

微功耗仪表放大器后接一个积分器反馈网络。该网络利用4.7μF电容和100kΩ电阻实现，用以设置高通滤波器的-3dB截止频率。它可以抑制电极的半电池超电势可能产生的任何差分直流偏移。