Отслеживание вашего биопотенциала: новый аналоговый передний конец Максима для износа
Высокоинтегрированные ИС, такие как MAX30004, могут помочь вам улучшить производительность и практичность ваших моделей, пригодных для ношения.
Поскольку носители становятся более распространенными, дизайнеры будут все больше и больше интересоваться интегральными микросхемами, которые поддерживают типичные улучшения, которые мы ожидаем от электронных продуктов - больше возможностей, более продолжительный срок службы батареи, меньший форм-фактор. Термин «носимые» довольно расплывчатый и теоретически может относиться к широкому спектру электронных устройств, которые так или иначе связаны с человеческим телом. Тем не менее, я думаю, что мы склонны связывать слово «носимый» с медицинскими технологиями, и как раз так бывает, что в этой статье основное внимание уделяется ИС, предназначенной для медицинских применений.
Биопотенциал "биопотенциала (R-to-R обнаружения) аналогового фронтального конца." Давайте распакуем это имя
Биопотенциал относится к электрическим сигналам, связанным с функционированием человеческого тела. Как вы, наверное, знаете, человеческое тело использовало электроэнергию задолго до того, как интеллектуальные существа, связанные с этими телами, начали разрабатывать схемы. Есть что-то загадочное в том, что нам нужно было обнаружить и использовать электричество для создания устройств, которые позволяют нам обнаруживать и контролировать и анализировать электрические сигналы, используемые организмом для выполнения физиологических и интеллектуальных процессов, которые позволили нам обнаружить и использовать электричество.,,, В любом случае, тот или иной биопотенциал может нам что-то сказать о состоянии человеческого тела. Затем мы обнаруживаем «R-to-R». К сожалению, для тех из нас, кто знает гораздо больше об усилителях, чем о деталях человеческого сердца, это не имеет никакого отношения к «рельсу к рельсу». Интервал R-to-R относится к конкретному измерению, связанному с частотой сердечных сокращений человека. Я не собираюсь говорить больше, потому что я не хочу ошибаться; если вы хотите испытать удачу несколькими медицинскими определениями, вы можете щелкнуть здесь. Вы также можете найти дополнительную информацию на следующей странице, предоставленной National Instruments: использование LabVIEW для анализа вариабельности сердечного ритма.
Интервал R-to-R как часть ЭКГ (электрокардиограмма). Изображение предоставлено National Instruments
Хорошо, теперь мы снова находимся на знакомой территории: «аналоговый передний конец», если я правильно помню, определяется как «чрезвычайно сложная ИС, обычно разработанная мифологическими существами, используемыми TI, ADI, Maxim и др., - которая обеспечивает всесторонние аналоговая обработка сигналов и аналого-цифровое преобразование ».
Блок-схема
Вам не нужно тратить много времени на блок-схему MAX30004, прежде чем вы поймете, что здесь многое происходит. Просто подумайте, сколько потребуется места в плате, если бы вам пришлось реализовать большинство этих блоков в качестве дискретных компонентов.
Диаграмма взята из таблицы MAX30004. Нажмите здесь, чтобы увеличить
В соответствии с общей архитектурой аналогового интерфейса, MAX30004 устанавливает входной сигнал, оцифровывает его, применяет некоторую обработку цифрового сигнала в соответствии с потребностями приложения и предоставляет окончательные данные внешнему процессору через стандартный последовательный интерфейс (в этом случае SPI).
Следующая диаграмма дает вам более подробную информацию о (довольно нетривиальной) схеме, участвующей в первом блоке обработки сигналов. Обратите внимание, что входной сигнал является дифференциальным.
Диаграмма взята из таблицы MAX30004. Нажмите здесь, чтобы увеличить
Реализация
Вам может быть интересно, что еще нужно в дополнение к MAX30004. Как обычно, требуется несколько внешних компонентов. Если вы посмотрите на типичную схему приложения на стр. 37, вы увидите несколько конденсаторов и микроконтроллер, а также схему, которая создает дифференциальный входной сигнал. Основными компонентами являются электроды, которые почти все мы слышали, но очень немногие из нас фактически использовали в дизайне.
В этом контексте электрод - это то, что прикрепляется к телу и вводит физиологические электрические сигналы в окружающую среду стандартной электронной схемы. Я не знаю точно, какие амплитуды вы ожидаете в стандартном приложении для мониторинга сердечного ритма, но они небольшие - как правило, менее 1 мВ, я предполагаю. Отсюда необходимость тщательно продуманной аналоговой схемы формирования сигнала.
На следующей диаграмме показана эквивалентная схема, которая может использоваться для моделирования интерфейса электрода. Он также определяет фильтр EMI, который составляет большую часть внешних компонентов, требуемых в типичном приложении MAX30004.
Диаграмма взята из таблицы MAX30004
Прежде чем мы закончим, я упомянул еще одну особенность, которую я нашел особенно интересной. MAX30004 может быть сконфигурирован для перехода в режим с низким энергопотреблением между сердечными ритмами. С точки зрения человека кажется довольно напряженным, чтобы засыпать и просыпаться так часто, но, по-видимому, это не проблема для MAX30004, и это, безусловно, похоже на хороший способ продлить срок службы батареи.
Если у вас есть какие-либо знания или опыт в отношении измерений сердечного ритма, не стесняйтесь делиться своими мыслями в комментарии.