电路设计人员对健壮,可穿戴的健康传感器系统设计的需求

今年全球可穿戴技术市场价值300亿美元,预计未来3年将增长9%,但从2019年开始,到2023年,增长率几乎将呈指数增长至100亿美元。
电路设计工程师需要快速将产品推向市场,但由于时间紧迫,需要对几乎每天出现的无数新IC解决方案进行自我教育,这是一项艰巨的任务。有那么多的IC解决方案需要专业设计到一个工作架构中,为那些想要正确监控他们在体育和健身方面的进步或他们改善健康状况的进展的客户提供服务。

在这一领域生产有用评估板和参考设计的IC制造商,提供这些受欢迎的,专业开发和测试的工具,使设计人员能够评估系统设计,并不多见。Maxim Integrated恰好是该领域最好的产品之一。

新发布的健康传感器平台MAXREFDES100#就是这样一个平台,它可以将需要正确集成到许多集成电路中的大量IC集成到一个完整的架构系统中,并帮助设计人员查看和评估这些IC在工作中的功能。功能完备的系统架构,可显着缩短设计时间(图1)。
 

图1 MAXREFDES100#框图(图片由Maxim Integrated提供)
 这种所谓的“hSensor”平台可以测量运动,精确的皮肤温度和大量的生物电位测量,如心电图(ECG),肌电图(EMG)和脑电图(EEG)。

该系统实现的另一个关键测量领域是反射式光学体积描记测量1,包括脉冲血氧测定和三种波长的心率(HR)检测,880nm(红外线,IR),660nm(红色)和537nm(绿色)。在正常的日常生活活动中,537 nm的绿光可以是一种出色的心率(HR)监测方法,因为它可以很好地避免伪影。

红光处于氧合血红蛋白和血红蛋白具有相同吸光度的频率。使用红色和红外线之间的差异可以计算氧合血红蛋白的浓度。在红外光与肌腱,肌肉和骨骼相互作用并在人类活动高的情况下产生错误读数的情况下,绿光会更好。
MAX30003是一款功耗极低的生物电位模拟前端(AFE),是适当监测心电图的核心,具有心率检测算法,内置硬件以检测RR间隔(心跳之间的时间)使用Pan-Tompkins QRS检测算法2的改编(图2)。
 

图2
MAX30003
 方框图(图片由Maxim Integrated提供)
该平台功能多样,因此它支持基于Windows的PC以及基于Android的设备上的GUI应用程序,以实现轻松的数据收集和可视化。还提供MAXREFDES100HDK#(图3)板作为开发板,与MAXREFDES100#传感器板配合使用。

图3编程和调试适配器MAXREFDES100HDK(图片由Maxim Integrated提供)
 为了支持系统配置和数据采集,套件中包含有线USB连接和USB C型电缆,以及无线蓝牙低功耗(BLE)无线电功能。USB电缆将提供电源,但在不使用此有线连接的情况下,可将CR 2032币形电池安装到板载电池座中(图4)。该系统还包括两条ECG电缆,设计人员可以焊接到电路板进行测量。
 
图4完整的开发平台(图片由Maxim Integrated提供)

主要外围端口连接

演示板上有许多外设接口,便于访问(图5)。
 
 
 
图5上图显示了所有主要外设的端口连接。(图片由Maxim Integrated提供)
 算法

此外,还有适用于多种应用的算法。因此开箱即用的设计师可以评估健身应用,如用于HR和ECG的胸部皮带,腕部应用以及基于耳部的应用或用于胸部监测皮肤温度的临床应用以及用于心律失常的单导联心电图补片检测(仅限ECG和HR); 基于手指的光学SpO 2测量; 基于耳朵的HR和SpO 2测量; 基于头部的HR和SpO 2测量以及用于ECG带臂的基于臂的应用。

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