一、簡介

生物芯片研發(fā)商暖芯迦(Nanochap)發(fā)布了一款全新的專為采集生物電信號(hào)而設(shè)計(jì)的傳感芯片系統(tǒng)(SoC)-EPC001(圖1 EPC001芯片實(shí)物圖)。這款芯片是業(yè)內(nèi)首款可監(jiān)測心電(ECG)、脈搏(PPG)、腦電(EEG)和肌電信號(hào)(EMG)的SoC芯片，集心電芯片、腦電芯片、肌電芯片、脈搏波芯片監(jiān)測功能為一體，可幫助正在尋求連續(xù)監(jiān)測多種健康體征參數(shù)的廠商快速創(chuàng)建獨(dú)特、高精度的系統(tǒng)解決方案。

圖1 EPC001芯片實(shí)物圖

近年來，可穿戴設(shè)備的日益廣泛使用為人們的健康監(jiān)測提供了一個(gè)新的視角，連續(xù)的健康監(jiān)測成為關(guān)注的焦點(diǎn)。目前的智能穿戴設(shè)備已經(jīng)可以跟蹤人體的各種健康數(shù)據(jù)，從心率、血氧、呼吸率到疲勞指數(shù)等。連續(xù)的健康監(jiān)測為醫(yī)學(xué)預(yù)防措施帶來了爆炸式的數(shù)據(jù)增長和更多的依據(jù)，同時(shí)也促進(jìn)了遠(yuǎn)程醫(yī)療的范圍。有效的健康監(jiān)控在很大程度上取決于連續(xù)和長期的數(shù)據(jù)捕獲。

正因?yàn)榭纱┐髟O(shè)備具有連續(xù)和長期數(shù)據(jù)捕獲的優(yōu)勢，可穿戴健康醫(yī)療產(chǎn)品市場快速增長，成為未來的主要發(fā)展方向，具有巨大的市場潛力，也給相關(guān)的廠商帶來了機(jī)會(huì)。

二、系統(tǒng)介紹

EPC001芯片集成了高精度腦電EEG/心電ECG/肌電EMG/脈搏波PPG模擬前端(AFE)、64MHz RISC-V單片機(jī)(MCU)、強(qiáng)大的心電ECG/脈搏波PPG特征提取功能(Heart APP)和24bit高精度ADC等模塊，如圖2所示，是一款高度集成的可穿戴健康設(shè)備解決方案芯片。

圖2 EPC001芯片系統(tǒng)框圖

脈搏波和心電能在獨(dú)立采樣率下面做同步采樣，脈搏波最大可配置4k采樣率,心電最大采樣率為32k。EPC001為腦電EEG/心電ECG/肌電EMG設(shè)計(jì)了超低噪聲可編程放大器以及配置了一個(gè)24bit高精度ADC，使得微弱的的生物電信號(hào)能夠以最大精度的被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，為測量結(jié)果的精確性提供保障。同時(shí)，EPC001為脈搏波PPG采集系統(tǒng)配備了四路可編程LED驅(qū)動(dòng)器，已適用各種規(guī)格的LED。另外，低功耗發(fā)光二極管模擬前端電路以及24bit高精度ADC被用于采集脈搏波PPG信號(hào)，以高動(dòng)態(tài)范圍，高精度截取完整的脈搏波PPG信號(hào)。EPC001還集成了64MHz 32位RISC-V單片機(jī)(MCU)和多種外設(shè)，支持復(fù)雜的信號(hào)處理算法，可擴(kuò)展性強(qiáng)。多樣性的外設(shè)接口允許SoC外部擴(kuò)展多個(gè)不同傳感器。強(qiáng)大的RISC-V內(nèi)核MCU處理及其內(nèi)存空間便于集成不同的無線收發(fā)器協(xié)議棧，用于傳輸測量數(shù)據(jù)。

三、應(yīng)用范圍

圖3 EPC001芯片功能框圖

與業(yè)界其他產(chǎn)品相比，EPC001芯片功能齊全，使用靈活。如功能框圖(圖3)所示，該芯片還集成了ECG/PPG特征提取功能(Heart App)，通過硬件實(shí)現(xiàn)部分算法，不占芯片的軟件資源。Heart App直接提供心率、QT間期、左心室射血時(shí)間(LVET)、脈搏波到達(dá)時(shí)間(PAT)、心率變異性等一系列指標(biāo)，其中心率變異性參數(shù)包括全部竇性心搏 R-R 間期(瞬時(shí)心率)的標(biāo)準(zhǔn)差(SDNN)、R-R 間期平均值標(biāo)準(zhǔn)差(SDANN)、相鄰 R-R 間期差值均方平方根(r-MSSD)、相鄰 R-R 間期之差>50ms 的個(gè)數(shù)占總 R-R 間期個(gè)數(shù)的百分比(pNN_50)、心率(HR)與呼吸頻率(RR)。

圖4 EPC001芯片電信號(hào)采集示意圖

EPC001電信號(hào)采集在圖4所示，這些指標(biāo)可以用來計(jì)算更多復(fù)雜的健康參數(shù)，比如血壓等，可以為客戶省去很多研發(fā)和中間過程。這也使得該芯片方案能用于監(jiān)測心臟功能、呼吸相關(guān)的問題，管理相關(guān)慢性疾病(圖5)。

圖5 EPC001芯片典型應(yīng)用列表

四、總結(jié)

可穿戴健康設(shè)備的新品“百花齊放”，連續(xù)健康監(jiān)測將是行業(yè)的一大焦點(diǎn)。EPC001芯片的設(shè)計(jì)可以滿足連續(xù)健康監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的需求，讓可穿戴健康設(shè)備更有效的實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)控，做好慢性疾病的管理，暖芯迦(Nanochap)將推動(dòng)個(gè)性化連續(xù)健康監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)。

審核編輯：湯梓紅