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Other Parts Discussed in Post:ADS1291, ADS1292R, ADS1292, ADS1293, ADS1298, ADS1296, ADS1294, ADS1296R, ADS1294R, TPS7A20, TLV61220, TPS60403, TPS723, CC2640R2L, CC2640R2F, CC2642R, BQ25125, REF5025, REF5040

TI現場應用工程師蘇智超

近年來，中國心血管病患病率及死亡率仍處于上升階段，而實時的便攜式心電監測能夠及時地發現異常心電信號，提醒人們提前就醫，避免危險病情的發生，因此近年來心電監測市場十分火熱。TI在心電監測領域耕耘多年，從心電采集ADC，低功耗的電源到無線傳輸，均有相應的解決方案。所以，本文將為您介紹TI在ECG應用中的相關產品，幫助您快速完成硬件設計。

一.心電導聯數量與ADC選型之間的聯系

TI心電信號檢測相關的ADC有很多，通道數也不盡相同，那究竟該選擇哪一顆產品，往往會令人困惑，所以第一部分，我們總結了不同心電產品和TI ADC產品之間的關系，幫助大家理解并快速完成選型。

1.單導聯心電ADS1291/ADS1292R

(1). 用途

單導聯心電圖是由一對心電電極所采集到的單路心電信號，應用在產品中常見的是胸前導聯和雙手導聯，胸前導聯適用于長時間的心電監測，最長一般有14天的連續記錄，雙手導聯一般適用于短時實時的心電測量，體積小巧，方便隨身攜帶，一般屬于家用心電記錄儀。單導聯的心電圖能初步篩查心臟早搏、房顫及各種心律不齊的心電表現。由于是單導聯，所以一般不用做診斷，但是心臟病多有瞬發性，及時捕捉異常心電信號，對后續醫生的判斷也是意義的。單導聯心電主要目的在于未病早發現和術后隨訪。

(2). 電極分布及導聯示意

Lead I: I = LA – RA，LA是left-arm電極, RA是right-arm電極。

ADS1292R：單導聯+呼吸檢測，通道1被用來做呼吸檢測。至少需要2個電極，右腿驅動的輸出電極可以與LA或RA共用。

圖 2 ADS1291, ADS1292R內部架構及外部連接方式

(3). TI相關參考設計

多參數患者生命體征監護儀前端參考設計

用于個人健康監視的多參數、生物信號監視器參考設計

2. 三導聯、五導聯心電ADS1292，ADS1293，ADS1295:

(1). 用途

三導聯或五導聯心電一般用來做24小時的心電信號記錄。這個24小時的數據是診斷心臟問題的常用工具。

(2). 電極分布及導聯示意

導聯名稱：

Lead I: I = LA - RA

Lead II: II = LL – RA

通過Lead I和Lead II可以求出以下導聯：

Lead III: III = LL - LA

aVR = -(I + II)/2 = RA - (LA + LL)/2

aVL = I - II/2 = LA - (RA + LL)/2

aVF = II - I/2 = LL - (RA + LA)/2

WCT(Wilson Central Terminal) = (RA + LA + LL)/3，五導聯中，一般會加一個胸部導聯，Lead V1威爾遜中心節點會作為胸部導聯的參考電壓。胸部導聯Lead V1 = V1 – WCT。

ADS1292做三導聯：

至少3個電極，右腿驅動的輸出電極可以與LA，RA或LL共用。大部分的設計中，3導聯就是三個電極。測量兩個導聯Lead I和Lead II，還可以算出另外4個導聯。所以，ADS1292的五導聯是需要用軟件計算得出來的。

ADS1293做三導聯：

同ADS1292。

圖 4 ADS1293 三導聯心電連接圖

ADS1293做五導聯：

實際上5個電極可以獲得6個導聯的信號，有一個電極還是右腿驅動。一般來講5導聯需要加一個胸導。

圖 5 ADS1295 五導聯心電連接圖

(3). TI相關的參考設計

具有藍牙低能耗特性的無線心率監測器

3. 十二導聯心電ADS1298

12導聯心電圖結合了Einthoven，Goldberger和Wilson的導聯系統，從而提供有關垂直和水平方向心臟的信息。 12導聯心電圖是診斷心電圖的黃金標準。使用12導聯心電圖，基本上可以測量所有心臟活動。目前在便攜式心電中常見的形式是綁帶形式。

12導聯	定義
Lead I definition	LA – RA
Lead II definition	LL –RA
Lead III definition	LL-LA
aVR definition	-(I + II)/2
aVL definition	I - II/2
aVF definition	II - I/2
Lead V1 definition	V1 – WCT
Lead V2 definition	V2 – WCT
Lead V3 definition	V3 – WCT
Lead V4 definition	V4 – WCT
Lead V5 definition	V5 – WCT
Lead V6 definition	V6 – WCT
電極數量	10

圖 6 十二導聯心電圖連接

參考設計：ADS1298ECG模擬前端性能演示套件

4. 十二導聯以上心電ADS1294, ADS1296, ADS1298

在一些應用中，需要獲得更多的導聯信息以獲得更全面的心臟活動信息。例如，十八導聯心電能夠同步觀察左心室各壁，右心室等全部心室的心電情況。一般可以使用2片ADS1298。

針對于其它導聯數量的需求，有時還需要呼吸檢測（需要使用尾綴帶R的版本），ADS1294，ADS1296，ADS1294R， ADS1296R一般用在大于十二導聯上，組合起來一起使用，一般來講增加的導聯數量都是胸導。

二. ADS129X系列的外圍器件推薦

1.電源

對于這個系列的產品而言，ADC需要兩個電源供電，一個是模擬部分的供電，一個是數字部分的供電。因為模擬部分和數字部分都是一個范圍供電，對于不同的客戶而言，會結合電極的輸出信號范圍，選擇單極性電源或雙極性電源以及電源的幅值。

單極性電源：

模擬供電：2.7V-5.25V，數字供電：1.65V-3.6V

5V轉3.3V，推薦TPS7A20，靜態電流極低僅有6.5uA，同時用法非常簡單。

圖 7 TPS7A20應用示例

在兩節干電池的便攜式ECG中，還會需要一個升壓芯片TLV61220至3.3V給數字部分供電，然后再用TPS7A20降壓至3.0V作為模擬供電。

TLV61220：靜態電流只有5.5uA，在典型工作條件下效率高達 95%，能夠滿足便攜式ECG長時間使用的需求。

圖 8 TLV61220應用實例及效率曲線

雙極性電源供電：

一般來講，+-2.5V會從3.3V往下轉，這里我們推薦一個電荷泵TPS60403，先把3.3V轉成-3.3V，然后TPS72301從-3.3V轉成-1.8V。

圖 9 TPS60403和TPS723應用實例

2.藍牙芯片

目前，在便攜式ECG中，數據除了需要存儲在SD卡中以外，也需要能夠通過藍牙把數據傳輸至手機端。下面是我們目前在便攜式ECG中主推的3顆藍牙，基本指標如下對比表所示。

	CC2640R2L	CC2640R2F	CC2642R
Protocols	Bluetooth 5.1	Bluetooth 5.1	Bluetooth 5.1
Type	Wireless MCU	Wireless MCU	Wireless MCU
CPU core	Arm Cortex-M3	Arm Cortex-M3	Arm Cortex-M4F
Features	LE 1M PHY	LE 1M PHY	LE 1M PHY
LE 2M PHY	LE 2M PHY	LE 2M PHY
LE Coded PHY (long range)	LE Coded PHY (long range)	LE Coded PHY (long range)
		BLE Mesh
		Direction finding/AoA
RAM (KB)	20	20	80
Flash (KB)	128	128	352
GPIO	15	10	31
31	14
	15
	31
Peripherals	1 UART	1 UART	12-bit ADC 8-channel
12-bit ADC 8-channel	12-bit ADC 8-channel	2 SPI
2 SPI	2 SPI	2 UART
2 comparators	4 timers	4 SPI
4 timers	8-bit DAC	4 timers
8-bit DAC	I2C	8-bit DAC
I2C	I2S	I2C
I2S	Sensor controller	I2S
Security	Cryptographic acceleration	Cryptographic acceleration	Cryptographic acceleration
Debug security	Debug security	Debug security
Device identity	Device identity	Device identity
Software IP protection	Software IP protection	Software IP protection