ZHCU476B May   2019  – October 2020

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1. 1.1 使用 TIDA-01580 测量的参数简介
    2. 1.2 高级系统说明
    3. 1.3 典型应用
    4. 1.4 系统规格和设计特性
    5. 1.5 主要系统规格
  7. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 主要产品
      1. 2.2.1 AFE4900
      2. 2.2.2 CC2640R2F
      3. 2.2.3 TPS61099
      4. 2.2.4 TPS63036
      5. 2.2.5 TPD1E10B06
    3. 2.3 系统设计理论与设计注意事项
      1. 2.3.1  AFE4900 和电源
      2. 2.3.2  CC2640R2F 微控制器
      3. 2.3.3  PPG 测量
      4. 2.3.4  ECG 测量
        1. 2.3.4.1 两电极配置
        2. 2.3.4.2 三电极配置
      5. 2.3.5  选择用于驱动 LED 的 TX 电源（TX_SUP）值
      6. 2.3.6  生成用于驱动 LED 的 TX 电源电压
        1. 2.3.6.1 对输出电压进行编程
        2. 2.3.6.2 最大输出电流
        3. 2.3.6.3 输入和输出电容器选型
        4. 2.3.6.4 开关频率
        5. 2.3.6.5 TPS61099 升压转换器的 WEBENCH® 仿真
      7. 2.3.7  为 AFE4900 生成 RX 电源电压
        1. 2.3.7.1 设置输出电压
        2. 2.3.7.2 电容器选型
        3. 2.3.7.3 输出电流限制
        4. 2.3.7.4 电感器选型
        5. 2.3.7.5 TPS63036 的 TINA-TI™ 仿真
      8. 2.3.8  生成 I/O 电源电压
      9. 2.3.9  电池输入和充电电容器
      10. 2.3.10 电池寿命计算
        1. 2.3.10.1 AFE4900 电流消耗
        2. 2.3.10.2 CC2640R2F 电流消耗
        3. 2.3.10.3 导通状态电流计算
        4. 2.3.10.4 关断状态电流计算（考虑电池电压 = 3V）
      11. 2.3.11 外部存储器
      12. 2.3.12 LED 指示
      13. 2.3.13 传感器板与 ECG 板之间的连接
  8. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 需要的硬件和软件
      1. 3.1.1 硬件
        1. 3.1.1.1 将光学传感器和 ECG 板连接至主板
        2. 3.1.1.2 PPG 传感器板之间的差异
      2. 3.1.2 软件
        1. 3.1.2.1 TIDA-01580 板的软件加载（BLE 的发送端）
        2. 3.1.2.2 为检查测量数据执行 LabVIEW™ 文件（BLE 的接收端）
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 测试设置
      2. 3.2.2 测试结果
        1. 3.2.2.1 使用 PPG（绿色 LED）和 ECG 测量心率
        2. 3.2.2.2 使用红色和红外 LED 测量 SpO2
        3. 3.2.2.3 PTT 测量
        4. 3.2.2.4 导联脱落检测
          1. 3.2.2.4.1 交流导联脱落检测
          2. 3.2.2.4.2 直流导联脱落检测
        5. 3.2.2.5 低电池电量指示
        6. 3.2.2.6 直流/直流转换器的波形
        7. 3.2.2.7 电池寿命测试
  9. 4设计文件
    1. 4.1 原理图
    2. 4.2 物料清单
    3. 4.3 PCB 布局建议
      1. 4.3.1  主板布局
      2. 4.3.2  PD 与 AFE 之间的连接
      3. 4.3.3  LED 与 AFE 之间的连接
      4. 4.3.4  ECG PAD 与 AFE 之间的连接
      5. 4.3.5  BT 与 AFE 之间的连接
      6. 4.3.6  BT 天线与芯片之间的连接
      7. 4.3.7  升压转换器
      8. 4.3.8  降压/升压转换器
      9. 4.3.9  PPG 传感器板布局
      10. 4.3.10 ECG 传感器板布局
      11. 4.3.11 布局图
    4. 4.4 Altium 工程
    5. 4.5 光绘文件
    6. 4.6 装配图
  10. 5软件文件
  11. 6相关文档
    1. 6.1 商标
  12. 7关于作者
  13.   Revision History

1.1 使用 TIDA-01580 测量的参数简介

TIDA-01580 器件可用于测量以下参数：ECG、PPG、HRM、SpO2 和 PTT。

ECG 是对心脏活动进行的电学测量，而 PPG 是对器官容积进行的光学测量。原则上，ECG 使用多个电极来测量心脏的电活动，而 PPG 使用发光二极管（LED）发出的具有特定波长的光照射皮肤和皮下组织来测量器官容积。这种光会被吸收、穿过人体或被反射回来。光电二极管传感器测量透射或反射的光，具体取决于该传感器相对于 LED 的放置位置。然后将光转换为电信号。在这两种情况下，信息都可用于确定人的心率，但每种应用都提供自己的一组诊断信息。ECG 聚焦于心肌组织的电活动，因为经过培训的心脏病医生都知道心肌收缩的确切顺序。内科医生使用 ECG 来诊断各种心脏疾病和异常。

PPG 可提供有关血流量和血压的更多信息。这种测量可以在人体的各个部位进行，以检查流向不同区域的血流量。在最靠近心脏主动脉（例如左臂）处测量时，可以获得有关心输出量和心脏瓣膜功能的一些附加信息。PPG 的优势之一是测量它时所需的皮肤接触点数量。由于用户可以通过反射光或透射光来确定 PPG，因此只需一个接触点即可对其进行测量。此功能可实现简单、连续且不受时间限制的测量，这对于健身追踪器等可穿戴电子设备而言是最具吸引力的优势。相比之下，ECG 要求测量整个心脏的电位。这意味着用户至少需要两个接触点：正极和负极。通常，此连接仅在有限的时间段内进行。

图 1-1 展示了典型的 ECG 波形（蓝色）和 PPG 波形（红色）。ECG 波形中的振幅峰值与血压波到达四肢之间的时间差是另一种称为 PTT 的测量。PTT 需要同时测量 ECG 和 PPG。

GUID-1F885AAD-DD2B-4C67-9661-6838ADC4BDAC-low.gif图 1-1 ECG、PPG 和 PTT 简介

由于 ECG 和 PPG 信号的频率相同，因此这两种波形都可用于计算心率。通常，绿色 LED 用于测量心率。反射式传感器中通常使用绿色 LED 来提取 PPG 信号。众所周知，绿光穿透组织的能力低于波长更长的 LED 光。因此，与其他颜色的光相比，有更多未被吸收（反射）的绿光从组织中发出。检测来自多个 PD 的绿光或消除来自 PD 周围多个 LED 的绿光会有所帮助。

红光和红外（IR）光用于脉搏血氧测定法，以估算动脉血的真实血红蛋白氧饱和度。氧合血红蛋白（HbO2）吸收可见光和红外（IR）光的方式与脱氧血红蛋白（Hb）不同，前者呈鲜红色，而不是 Hb 的深棕色。动脉血对光的吸收由叠加在直流信号上的交流信号表示，表示其他物质（如组织、静脉、毛细血管、骨骼等中的色素沉着）对光的吸收。心脏同步交流信号电平约为直流电平的 1%。该值被称为灌注指数百分比。Equation1 用于近似计算两个比值之比 R，且% SpO2计算如下：

Equation1. GUID-65142530-5F44-4AFF-8677-6CCC64C0CBA9-low.gif

Equation2 给出了用于计算 SpO2 的标准模型。本文中经常针对医疗设备使用该模型。不过，准确的 SpO2 百分比是根据特定器件的两个比率之比的经验校准计算得出的。

Equation2. GUID-34AD9F46-BA71-42F8-B5AA-7BFDE8DB7AE3-low.gif