简介
可穿戴生命体征监护(VSM)设备正在改变着医疗保健职业，使咱们随时随地都可以监护自己的生命体征和活动。与这些重要参数其间一些最相关的信息都可经过丈量人体阻抗来取得。
为了有用运转，可穿戴设备有必要做到尺度小、成本低且功耗低。此外，丈量生物阻抗还面临着与运用干电极及安全要求相关的应战。本文针对这些问题提出了一些处理方案。
电极半电池电位
电极是一种电气传感器，可在电子电路和非金属物体(如人体皮肤)之间树立触摸。这种相互作用会发生一个电压，称为半电池电位，它可下降ADC 的动态规模。半电池电位因电极资料而异，如表1所示。
电极极化
当无电流经过电极时，可观察到半电池电位。存在直流电流 时，测得的电压会升高。这种过压情况会阻挠电流活动，使电极极化，并下降其功能，特别是在运动情况下。关于大都生物医学丈量，非极化(湿)电极比极化(干)电极要好，但便携式设备和消费类设备一般都运用干电极，因为干电极成本低且可重复运用。
电极皮肤阻抗
图1显现了电极的等效电路。Rd和Cd表明与电极至皮肤的 触摸及触摸处的极化情况相关的阻抗，Rs是与电极资料类型相关的串联阻抗，而Ehc是半电池电位。
图1. 生物电位电极的等效电路模型
在规划模仿前端时，因为涉及到高阻抗，电极至皮肤阻抗十分重要。在低频条件下，该阻抗首要取决于Rs和Rd的串联组合，而在高频条件下，该阻抗会因电容的影响而降至Rd。表2 给出了Rd、Cd的典型值及1 kHz下的阻抗。
IEC 60601
IEC 60601是世界电工委员会针对医疗电气设备安全性和有 效性发布的一系列技能规范。规范规则，正常情况下经过人体的最大直流漏电流为10 μA，在最坏的单一毛病情况下为50 μA。最大沟通漏电流取决于鼓励频率。假如频率(fE)小于或等于1 kHz，那么最大答应电流为10 μA rms。假如频率大于1 kHz，则最大答应电流为
这些对患者电流限值都是十分重要的电路规划参数。
电路规划处理方案
阻抗丈量需求电压/电流源和电流表/电压表，因而DAC和ADC都是常用的器材。精细基准电压源和电压/电流操控回路都十分重要，并且一般需求运用微操控器来处理和获取阻抗的实部和虚部。此外，可穿戴设备一般选用单极性电池供电。最终，在单个封装内集成尽可能多的元件也十分有利。超低功耗、集成式、混合信号片上计量仪ADuCM350内置Cortex-M3 处理器和硬件加速器，可进行单频离散傅里叶变换(DFT)，使其成为可穿戴设备强有力的处理方案。
为了契合IEC 60601规范，ADuCM350与AD8226外表放大器合作运用，以便选用4线式技能进行高精度丈量，如图2所示。电容CSIO1和CISO2可抑制电极和用户之间的直流电流，然后消除极化效应。ADuCM350生成的沟通信号将传播到人体内。
电容CSIO3和CSIO4可抑制ADC发生的直流电平，然后处理半电池电位问题并一直保持最大动态规模。CSIO1、CSIO2、CSIO3和CISO4可阻隔用户，确保在正常形式下和初次呈现毛病时直流电流为零，以及在初次呈现毛病时沟通电流为零。最终，电阻RLIMIT规划用来确保正常作业时发生的沟通电流低于限值。RACCESS表明皮肤至电极的触摸点。
ADuCM350丈量跨阻放大器(TIA)的电流和AD8226的输出 电压，以便核算不知道的人体阻抗。RCM1和RCM2有必要尽可能 高，以确保大部分电流都流过不知道阻抗和TIA。主张值为10 MΩ。
图2. 运用ADuCM350 和AD8226 的四线式阻隔丈量电路
规划约束
当电极至皮肤阻抗在鼓励频率下挨近10 MΩ 时，此规划存在一些约束。电极至皮肤阻抗有必要显着小于RCM1和RCM2(10 MΩ)，不然VINAMP+不等于A且VINAMP–不等于B，丈量精度将有所下降。当鼓励频率大于1 kHz时，电极至皮肤阻抗一般远小于1 MΩ，如表2所示。
验证
为了证明此规划的精度，咱们运用了不同的不知道阻抗来测验该体系，并将测验成果与选用Agilent 4294A 阻抗分析仪测得的成果进行了比较。在所有测验中，起伏差错均小于±1%。肯定相位差错在500 Hz和5 kHz下都小于1°。50 kHz下的9°相位失调差错可在软件中进行校对。
定论
在规划可丈量生物阻抗的电池供电型穿戴式设备时，有必要考虑低功耗、高SNR、电极极化以及IEC 60601安全要求。本文介绍了一个运用ADuCM350 和AD8226完成的处理方案。
