19、优化心率检测系统

优化心率检测系统

1. 方法

1.1 系统架构

本文提出了一种用于心电图（ECG）检测的模块化设置。采集板采用了Maxim MAX30003芯片，这是一款用于超低功耗（ULP）ECG采集的芯片。MAX30003是适用于可穿戴应用的完整生物电位模拟前端解决方案，它能在临床和健身应用中实现高性能，且能源效率极高，平均功耗仅85微瓦。

模拟采集基于2导联差分通道，可提供ECG波形和心率检测。生物电位通道具备静电放电（ESD）保护、电磁干扰（EMI）滤波、内部导联偏置以及直流导联断开检测功能。此外，该通道还具有高输入阻抗、低噪声、高共模抑制比（CMRR）、可编程增益，以及低通和高通滤波选项。数字后端基于SPI接口，可实现数据流式传输并与外部微控制器（MCU）进行通信。

系统有两块定制板和两个可选测试平台：
- 第一个测试平台配备NUCLEO - F401RE板，用于初始设置和算法调优。
- 第二个测试平台采用Vega定制板，用于超低功耗操作和优化性能。

在这两个测试平台中，ECG数据通过SPI从模拟前端（AFE）发送到MCU。Vega支持USB设备模式接口，通过微型USB连接器，工作频率为2.4 GHz，参考振荡器频率为32 MHz。Vega通过5 MHz的SPI通道连接接收来自AFE的数据（Vega作为主设备），通过SPI加载的数据以24位有符号定点数的形式存储在Vega的L2内存中。

系统原型可集成到尺寸为20×10 mm的单个印刷电路板（PCB）上，适用于几乎不引人注意的可穿戴应用。系统采用了基于22纳米技术的片上系统（SoC）Vega，它提供了基于并行超低功耗平台（PULP）的面向数字信号处理（D