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一、簡介
生物芯片研發(fā)商暖芯迦(Nanochap)發(fā)布了一款全新的專為采集生物電信號而設計的傳感芯片系統(tǒng)（SoC）-EPC001（圖1 EPC001芯片實物圖）。這款芯片是業(yè)內首款可監(jiān)測心電(ECG)、脈搏（PPG）、腦電（EEG）和肌電信號（EMG）的SoC芯片，集心電芯片、腦電芯片、肌電芯片、脈搏波芯片監(jiān)測功能為一體，可幫助正在尋求連續(xù)監(jiān)測多種健康體征參數(shù)的廠商快速創(chuàng)建獨特、高精度的系統(tǒng)解決方案。
圖1 EPC001芯片實物圖
近年來，可穿戴設備的日益廣泛使用為人們的健康監(jiān)測提供了一個新的視角，連續(xù)的健康監(jiān)測成為關注的焦點。目前的智能穿戴設備已經可以跟蹤人體的各種健康數(shù)據，從心率、血氧、呼吸率到疲勞指數(shù)等。連續(xù)的健康監(jiān)測為醫(yī)學預防措施帶來了爆炸式的數(shù)據增長和更多的依據，同時也促進了遠程醫(yī)療的范圍。有效的健康監(jiān)控在很大程度上取決于連續(xù)和長期的數(shù)據捕獲。
正因為可穿戴設備具有連續(xù)和長期數(shù)據捕獲的優(yōu)勢，可穿戴健康醫(yī)療產品市場快速增長，成為未來的主要發(fā)展方向，具有巨大的市場潛力，也給相關的廠商帶來了機會。
二、系統(tǒng)介紹
EPC001芯片集成了高精度腦電EEG/心電ECG/肌電EMG/脈搏波PPG模擬前端（AFE）、64MHz RISC-V單片機（MCU）、強大的心電ECG/脈搏波PPG特征提取功能（Heart APP）和24bit高精度ADC等模塊，如圖2所示，是一款高度集成的可穿戴健康設備解決方案芯片。
圖2 EPC001芯片系統(tǒng)框圖
脈搏波和心電能在獨立采樣率下面做同步采樣，脈搏波最大可配置4k采樣率,心電最大采樣率為32k。EPC001為腦電EEG/心電ECG/肌電EMG設計了超低噪聲可編程放大器以及配置了一個24bit高精度ADC，使得微弱的的生物電信號能夠以最大精度的被轉換成數(shù)字信號，為測量結果的精確性提供保障。同時，EPC001為脈搏波PPG采集系統(tǒng)配備了四路可編程LED驅動器，已適用各種規(guī)格的LED。另外，低功耗發(fā)光二極管模擬前端電路以及24bit高精度ADC被用于采集脈搏波PPG信號，以高動態(tài)范圍，高精度截取完整的脈搏波PPG信號。EPC001還集成了64MHz 32位RISC-V單片機（MCU）和多種外設，支持復雜的信號處理算法，可擴展性強。多樣性的外設接口允許SoC外部擴展多個不同傳感器。強大的RISC-V內核MCU處理及其內存空間便于集成不同的無線收發(fā)器協(xié)議棧，用于傳輸測量數(shù)據。
三、應用范圍
圖3 EPC001芯片功能框圖
與業(yè)界其他產品相比，EPC001芯片功能齊全，使用靈活。如功能框圖（圖3）所示，該芯片還集成了ECG/PPG特征提取功能（Heart App），通過硬件實現(xiàn)部分算法，不占芯片的軟件資源。Heart App直接提供心率、QT間期、左心室射血時間（LVET）、脈搏波到達時間（PAT）、心率變異性等一系列指標，其中心率變異性參數(shù)包括全部竇性心搏 R-R 間期（瞬時心率）的標準差（SDNN）、R-R 間期平均值標準差（SDANN）、相鄰 R-R 間期差值均方平方根（r-MSSD）、相鄰 R-R 間期之差>50ms 的個數(shù)占總 R-R 間期個數(shù)的百分比（pNN_50）、心率（HR）與呼吸頻率（RR）。
圖4 EPC001芯片電信號采集示意圖
EPC001電信號采集在圖4所示，這些指標可以用來計算更多復雜的健康參數(shù)，比如血壓等，可以為客戶省去很多研發(fā)和中間過程。這也使得該芯片方案能用于監(jiān)測心臟功能、呼吸相關的問題，管理相關慢性疾病（圖5）。
圖5 EPC001芯片典型應用列表
四、總結
可穿戴健康設備的新品“百花齊放”，連續(xù)健康監(jiān)測將是行業(yè)的一大焦點。EPC001芯片的設計可以滿足連續(xù)健康監(jiān)測和遠程監(jiān)護的需求，讓可穿戴健康設備更有效的實現(xiàn)健康監(jiān)控，做好慢性疾病的管理，暖芯迦（Nanochap）將推動個性化連續(xù)健康監(jiān)測的實現(xiàn)。
