穿戴式系統(tǒng)的生物阻抗電路設(shè)計挑戰(zhàn)

摘要：可穿戴生命體征監(jiān)護(hù)（VSM）設(shè)備正在改變著醫(yī)療保健行業(yè)，使我們隨時隨地都可以監(jiān)護(hù)自己的生命體征和活動。這些重要參數(shù)其中一些最相關(guān)的信息都可通過測量人體阻抗來獲得。為了有效運(yùn)行，可穿戴設(shè)備必須做到尺寸小、成本低且功耗低。此外，測量生物阻抗還面臨著與使用干電極及安全要求相關(guān)的挑戰(zhàn)。本文針對這些問題提出了一些解決方案。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/271654.htm

關(guān)鍵詞：可穿戴；低功耗；高SNR；電極極化；IEC 60601

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.3.019

1 電極半電池電位

電極是一種電氣傳感器，可在電子電路和非金屬物體（如人體皮膚）之間建立接觸。這種相互作用會產(chǎn)生一個電壓，稱為半電池電位，它可降低ADC的動態(tài)范圍。半電池電位因電極材料而異，如表1所示。

1.1 電極極化

當(dāng)電極中沾有電流通過時，可觀察到半電池電位。存在直流電流時，測得的電壓會升高。這種過壓狀況會阻止電流流動，使電極極化，并降低其性能，特別是在運(yùn)動情況下。對于多數(shù)生物醫(yī)學(xué)測量，非極化（濕）電極比極化（干）電極要好，但便攜式設(shè)備和消費類設(shè)備通常都使用干電極，因為干電極成本低且可重復(fù)使用。

1.2 電極皮膚阻抗

圖1顯示了電極的等效電路。Rd和Cd表示與電極至皮膚的接觸及接觸處的極化情況相關(guān)的阻抗，Rs是與電極材料類型相關(guān)的串聯(lián)阻抗，而Ehc是半電池電位。

在設(shè)計模擬前端時，由于涉及到高阻抗，電極至皮膚阻抗非常重要。在低頻條件下，該阻抗主要取決于Rs和Rd的串聯(lián)組合，而在高頻條件下，該阻抗會因電容的影響而降至Rd。……