近年、スマートブレスレットやスマートウォッチなどのウェアラブルデバイスが急速に発展しています。これは主に、現代人が運動を重視しており、生理学的データをいつでも確認して身体状態の異常な兆候を早期に検出できるためです。このホワイト ペーパーでは、ADIが発売したAD8233 ECG生体電位信号調整モジュールについて説明し、ヘルスケアやウェアラブル スマート ウォッチにおけるその機能とアプリケーションについて説明します。
高度な統合によりECGデバイス設計を簡素化
社会の高齢化が進むにつれて、健康管理を重視する人が増えています。運動や栄養に加えて、体の状態をリアルタイムで監視できれば、体の状態のサインを察知し、悪い結果を防ぐのに役立ちます。そして、それが、スマートブレスレットやスマートウォッチ事業の開発に専念する企業が、過去数年間で急速な収益成長を達成した理由です。
ウェアラブルデバイスを装着する最も一般的な位置は手首であり、そこに何らかの装飾品を装着することに慣れています。スマートウォッチや手首に装着するデバイスのような製品が市場に数多く存在するのはそのためです。手首の他に、頭部もウェアラブルデバイスを装着するのに適した位置です。たとえば、埋め込みセンサーはヘッドフォンやイヤホンなどの形態に統合されており、心拍数、酸素飽和度、温度などの身体パラメータを測定するために使用されます。デバイスを装着できる身体の3番目の位置は胸です。第一世代の心拍数モニターは、胸ストラップを装着して着用するように設計されていました。しかし、ストラップの着用はあまり快適ではないため、現在は胸部パッチを使用する方が好まれています。
ADIはこの市場の需要を捉え、新世代の低消費電力バイオ電気アナログ フロント エンド (AFE) AD8233を発売しました。これは、ECGやその他の生体電位測定のアプリケーションに適した統合信号調整モジュールです。これを使用することで、より小型で軽量、目立たず、バッテリー寿命が長い心臓モニタリング デバイスを構築できます。AD8233 AFEは、コンパクトで使いやすい形状に設計された、完全に統合されたシングルリードECGフロントエンドです。
通常、開発者はECGフロントエンドを設計するために複数の独立したコンポーネントを必要とし、コストと設計時間が増加します。しかし、高度に統合され、すぐに使用できるAD8233 AFEにより、不要なコストと余分な時間が削減され、開発者は製品をより早く市場に投入できるようになります。さらに、AD8233は2.0mm x 1.7mmという超小型サイズなので、ウェアラブル ヘルスケア デバイスをより小型、軽量、簡単に装着できるようになります。
ユーザーにとって、大きくて扱いにくく、目障りなモニターを装着するのは非常に不快であり、日常生活の妨げにもなります。バッテリー寿命が長いため、心拍モニターは継続的に動作して正確なデータを提供し、バッテリーの充電や交換が必要なくなり、モニタリングが中断されることがなくなります。したがって、この機能は非常に重要です。AD8233 AFEの消費電力はマイクロアンペアレベルであるため、バッテリー寿命が大幅に延長されます。
AD8233は、動きや離れた場所にある電極の配置によって生成される信号など、ノイズの多い状況下で小さな生体電位信号を収集、増幅、フィルタリングするために使用できます。この設計により、超低電力アナログデジタルコンバーター (ADC) または組み込みマイクロコントローラーで出力信号を簡単に収集できます。
AD8233は、1つの2極ハイパス フィルタを使用して、モーション アーティファクトと電極の半電池電位を除去します。このようなフィルタは、機器アンプのアーキテクチャと密接に結合し、単一ステージで大きなゲインとハイパス フィルタリングを実現し、スペースとコストをさらに節約します。AD8233は、1つの汎用オペアンプを使用することで、3極のローパス フィルタを形成し、より多くのノイズを除去できます。ユーザーはすべてのフィルターのカットオフ周波数を選択できるため、さまざまなアプリケーションの要求を満たすのに便利です。システム ライン周波数のコモン モード除去を改善し、その他の望ましくない干渉を低減するために、リード線を駆動するために使用される1つのRLDアンプがAD8233に統合されています。
AD8233は、ハイパス フィルタの長時間安定テールの持続時間を短縮できる高速復元機能も備えています。突然の信号変化によってアンプの脈動が発生した場合（たとえば、リードがオフの状態など）、AD8233は自動的にフィルタのカットオフ周波数を高く調整します。この機能により、AD8233は急速に回復し、電極が対象物に接続されるとすぐに測定が実行されるようになります。AD8233は20ボールのWLCSPパッケージで提供され、0℃ ～ 70℃ の温度で最適なパフォーマンスを発揮し、-40℃ ～ +85℃ の範囲で動作します。ヘルスケア/アクティビティ心拍数モニター、ポータブルECG、ウェアラブルおよびリモート健康モニター、ゲーム周辺機器、および筋電図 (EMG) や脳波 (EEG) などの生体電位信号収集などに使用できます。
ADIは、顧客による関連製品の開発を支援するために、AD8233用の評価ボード、リファレンス デザイン、Webベースのフィルタ設計ツールボックス、およびSpiceモデルも提供し、ユーザーが設計して製品の発売を加速できるように支援します。AD8233CB-EBZ評価ボードには、AD8233心拍数モニター (HRM) のフロントエンドが統合されており、フィットネス アプリケーションの初期評価に便利なさまざまな必要なコンポーネントが組み込まれています。入力、出力、電源、およびリードオフ検出端子で構成されており、テスト ピンに配線して接続を簡素化できます。スイッチとジャンパーを使用して、入力バイアス電圧、シャットダウン (SDN)、右レッグドライブシャットダウン (RLD SDN)、高速復元 (FR)、DC/ACリードオフ検出モードを設定できます。この評価ボードは、一次側にのみ部品を搭載し、二次側には機械的安定性を確保するためにゴム足を備えた4層構造で設計されています。さらに、視覚的な補助とリファレンス設計としてボード レイアウトが提供されます。
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