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时间：2025-05-28 04:07:26 来源：网络整理 编辑：最新热点
跟着全民健康认识的觉悟与运动文明的蓬勃发展，精准的运动心率监测已成为科学健身的中心需求。无论是跑步、骑行仍是力气练习，实时心率数据不只协助用户优化练习强度、防止运动损害，也能为慢性病办理及亚健康干涉供
跟着全民健康认识的觉悟与运动文明的蓬勃发展，精准的运动心率监测已成为科学健身的中心需求。无论是跑步、骑行仍是力气练习，实时心率数据不只协助用户优化练习强度、防止运动损害，也能为慢性病办理及亚健康干涉供给要害依据。高精度。超长待机的运动心率带产品越来越受欢迎。
可是，中心芯片高功耗导致的续航短板、运动搅扰引发的丈量误差，以及杂乱的开发流程，仍是困扰厂商的三大难题。领慧立芯推出的LH001-91芯片，具有超低功耗与超低噪声功用，一起咱们推出了挨近量产需求的全体处理计划。该计划赋能产品。开发者。，在运动安全、功率进步及健康办理等方面供给底层支撑，为人们健康日子注入。科技。温度。
领慧立芯规划验证了依据LH001-91的两电极心率带计划，调配BLE SoC完成了挨近量产需求的交钥匙计划，评测显现体系休眠功耗约6uA，作业条件：运用16深度 FIFO, 125SPS采样率时，等效到输入端噪声大约 0.93u。Vr。ms能够完成医疗确诊等级的ECG。信号。质量，其间。AFE。功耗约203uA;加上。蓝牙。数据传输体系整机功耗在320uA左右;运用一节3V/230mAH扣子电池，理论核算续航时刻轻松超越500小时，休眠续航时刻理论核算也超3年。
本文将介绍LH001-91芯片特色、计划规划思路并展现实践的测验数据。
LH001-91计划收集到的ECG信号。
一、LH001-91芯片：严厉医疗级ECGEEG AFE寻求低噪声与低功耗的极致组合。
领慧立芯LH001-91是一款能够掩盖严厉医疗确诊级ECG、监护仪、EEG及运动健康级心率心电运用的专用。模仿。前端芯片，其间心优势在于：
•低噪声可。编程。增益。放大器。(PGA)和高分辨率 24 位。模数转换器。(。ADC。)。
- 输入参阅噪声：2.9 μVpp (250 SPS，增益 6)。
- ECG 通道输入偏置。电流。：Max +-200pA，输入阻抗不小于1GOHM。
- PGA增益9档可选：1,2,3,4,6,8,12,24,48。
- 数据速率：125SPS 至 8kSPS。
- 共模按捺比(CMRR)：117dB。
•超低功耗：
- 待机形式电流 0.2 μA。
- 超低供电电压：模仿2.4V 至 3.6V ;数字：1.7V 至 3.6V。
- 数据深度32 的FIFO有助于体系功耗优化。
- 依据需求能够供给优化功耗-功用装备。
•高集成小体积：
- 内置右腿驱动放大器、导联掉落检测、低功耗。时钟。、。温度传感器。、测验信号。
- 40 脚，5mm x5mm QFN 封装;
- 30 球，2.95mm x2.95mm WLCSP 封装。
LH001-91体系框图。
二、直击职业痛点：依据LH001-91的针对性体系规划。
1. 续航焦虑?灵敏的功耗-功用优化装备完成极致体会。
为了满意不同运动场景进步用户体会，穿戴心率带产品需求具有超长续航及超长待机才能，防止频频充电或许替换电池。
超长续航是指心率带在正常运用进程，如继续监测ECG信号，正常的。算法。功用、蓝牙。通讯。功用运行时，体系满电单次能够作业的小时数。比方运用3V /230mAH的CR2032电池，规划续航时刻为500小时，则理论核算体系均匀功耗需求小于460uA。这对心率带计划中要害芯片如ECG AFE和BLE SoC的作业功耗及最小作业电压都提出比较高的要求。
LH001-91在规划之初考虑到低功耗需求，内部设置了一系列。寄存器。能够完成芯片功耗的优化装备。功耗调理规模从190uA到252uA。
超长待机是指心率带不运用时，体系进入低功耗形式，在此形式电池从满电到低于体系作业电压前的小时数。对心率带运用间歇频频、距离时刻长的运用场景来说超长待机对进步用户体会十分重要。举例来说，运用3V /230mAH的CR2032电池，考虑到电池自放电率1-3%，规划续航时刻为2年即17520小时，则理论核算体系均匀功耗需求小于12.3uA。
这对ECG AFE，BLE SoC及体系睡觉唤醒。电路规划。都有很高的要求。一般BLE SoC作业在GPIO能够唤醒形式的功耗大约在2-5uA。心率带睡觉唤醒功用电路一般由低功耗运放、。比较器。及RC构成，其功耗大约需求3-5uA。留给ECG AFE的功耗在2-7uA。LH001-91具有十分低的休眠功耗，0.2uA，为其他要害芯片选型留出很大空间。
2.丈量禁绝?高功用PGA+。AD。C应对各种极点场景心率带为了便利佩带及易于保护一般运用干电极(无需电解质)如金属电极、导电橡胶、导电织物等。干电极相关于湿电极(有电解质)有天然的缺陷：如阻抗高，特别是在枯燥的秋冬季，干电极直接与皮肤触摸，触摸阻抗激增，或许导致心电信号树立缓慢、漂移、断续、失准乃至丢掉。
LH001-91的PGA输入偏置电流最大值+-200pA，无导联掉落检测时输入阻抗大于1GOHM，PGA增益挑选多达9种：1,2,3,4,6,8,12,24,48。PGA+ADC的等效输入噪声低达2.9uVpp。这些特性有助于进步各种极点条件下心率信号的收集质量。
| 规划应战。 | LH001-91应对。 |
| 枯燥皮肤/枯燥环境导致信号树立缓慢、断续或许丢掉。 | LH001-91的PGA输入偏置电流最大值+-200pA，输入阻抗大于1GOHM，适宜外部阻抗比较大的运用，答应枯燥状况下干电极与皮肤触摸阻抗激增时ECG信号改进。 |
| 环境电磁搅扰严峻导致数据漂移、断续、失准或丢掉。 | LH001-91的共模电压输入规模宽[AVSS+100mV, AVDD-100mV]，这意味着按捺环境电磁搅扰引进的共模电压才能更强，削减心电信号丢掉的几率。 |
| 极化电压改变、导联偏置不平衡等导致的信号树立慢，断续或许丢掉。 | PGA动态可选增益多达9种：1,2,3,4,6,8,12,24,48，能够通过动态调整增益来缓解直流或许低频差模搅扰导致的信号树立慢、断续或许丢掉等问题。 |
| 高阶运动生理监测方针如HRV、TRIMP、VO2MAX的精确性。 | LH001-91的等效输入噪声低达2.9uVpp，远超越确诊级ECG噪声要求（10uVpp），结合以上功用特色，高质量ECG信号有助于精确丈量Q。RS。涉及心率数据。而HRV、TRIMP和VO2MAX方针算法依赖于精确的QRS波形及心率数据。 |
三、从原理图到量产：交钥匙计划实战解析。
1.低功耗规划计划。
两电极下怎么完成导联掉落检测和体系共模按捺比。
心率带产品小体积规划能够极大进步客户的穿戴体会，所以心率带产品的。PCB。A规划越小越简便越好。医疗级单导ECG信号检测需求3个电极能够到达功用最优化，其间2个电极做ECG弱小信号的检测，另一个电极做右腿驱动，让人体能够偏置在一个十分安稳的共模电压，这样的设置也便利完成电极掉落的检测。市面上心率带类产品首要选用了2个电极，这尽管削减了体系体积和本钱，但给导联掉落检测和极点运用环境的ECG信号检测带来应战。
领慧立芯通过重复证明和测验，供给了一套处理计划，选用两电极能够完成牢靠的导联掉落检测，完成牢靠的感知佩带动作和脱掉动作，让体系进入正常作业形式或进入睡觉形式。然后完成前述的超长续航和超长待机的方针。
如下图所示，在LH001-91的。AI。N0/AIN1设置上下拉。电阻。完成导联脱离检测功用。当心率带接入人体，电极1的电压由VCC下降到0.5VCC，触发比较器阈值，比较器输出电平翻转，唤醒体系进入正常作业形式;当心率带脱离人体，电极1的电压康复到VCC，比较器输出再次翻转，体系进入睡觉形式。
两电极ECG导联掉落检测完成体系睡觉/唤醒功用。
因为LH001-91输入偏置电流十分小，输入等效阻抗不小于1GOHM，答应AIN0/AIN1的上下拉电阻运用更大的阻值以进步ECG信号检测质量，特别是应对枯燥皮肤/枯燥环境状况。一般设置上下拉电阻10M-50M，能够依据实践调试作用，平衡选取适宜的阻值。
LH001-91躲藏的诀窍：能够供给极大的功用-功耗优化空间。
LH001-91规划之初考虑到院表里严厉医疗级运用和运动健康类运用的需求，答应装备相应寄存器来优化功耗平衡功用。功耗优化后能够下降30%以上功耗，噪声功用也能挨近医疗确诊级要求，远超医疗监护级要求。以下表格展现了LH001-91的几种装备形式下功耗与噪声功用，咱们供给的处理计划中包含了装备源代码A。PI。，简化了客户开发作业。
| 装备。 | AVDD电流(uA)。 | DVDD电流(uA) 5。 | 等效输入噪声(uVpp) 5装备: 500SPS, GAIN=6。 |
| 高功用形式。 | 122。 | 130。 | 2.9uVpp。 |
| 优化形式1。 | 107.7。 | 95.8。 | 6.3uVpp。 |
| 优化形式2。 | 102。 | 88.5。 | 13.5uVpp。 |
2.极点条件下的高质量信号收集技巧。
ECG收集信号链中，因为PGA的输入阻抗高达1GOHM，为了给人体供给安稳的共模电压，两电极计划中LH001-91的AIN0/AIN1设置了上下拉电阻，能够调整阻值从10MOHM到50MOHM来优化体系功用。尽管高输入阻抗有利于缓解枯燥皮肤/枯燥环境下功用劣化，可是也简单引进外界电磁搅扰，这是业界遍及面对的应战。
领慧立芯的。工程师。通过建模。仿真。及实践测验，给出一套优化功用的处理思路。
下图中V1模仿环境中的工频搅扰，关于体系表现为共模搅扰信号。R5、R6模仿电极与皮肤的触摸阻抗。R3、R4为电极供给安稳共模电压。OUT+、OUT-连接到LH001-91的AIN0/AIN1。咱们分两方面来剖析外部电路怎么应对枯燥皮肤高阻抗和外界共模搅扰。
LH001-91与人体触摸的电路模型。
按捺外界共模搅扰。
假如AIN1/AIN1的这些电阻。电容。容差为0，则外部电路的共模按捺才能理论上是无穷大，外界工频搅扰会被彻底按捺掉。实践状况R3/R4常见电阻容差+-1%，CMRR将敏捷劣化到60-70dB，假如呈现大的外界搅扰很简单影响丈量精确度。选用容差等级高的电阻CMRR将显着改进。
应对枯燥皮肤和枯燥环境影响。
枯燥皮肤和枯燥环境会导致电极与皮肤触摸阻抗激增，极点状况或许到达几百KOHM到MOHM等级，这种状况将直接导致AIN0/AIN1的偏置电压挨近供电轨而导致PGA饱满，信号将中止或许消失。采纳这些办法及他们的组合有助于改进体系功用：R3/R4挑选更大阻值、装备LH001-91的PGA增益为更低一级。
笔者还有一些其他思路来解此应战，比方选用动态调整偏置电阻的办法，3电极计划等，假如您也有奇思妙想，欢迎联络笔者一起讨论求证，笔者邮箱faelegendsemi.com。
3.软硬件开发：低门槛，高功率。
原理图开源。
本文说到的交钥匙计划，硬件挨近量产需求，选用LH001-91和N。RF。52832完成2电极ECG信号收集和蓝牙传输。体系硬件能完成低功耗休眠/唤醒功用，理论可完成500小时以上续航及2-3年的休眠待机。
API开源。
供给LH001-91的低功耗API函数，供给根本的基线去除算法，支撑客户二次开发。
PC端蓝牙。上位机。软件。
供给PC端的蓝牙上位机软件，便利客户快速评测LH001-91的功用，加快产品开发迭代速度。
结语。
领慧立芯LH001-91以其杰出的功用与完好计划，协助职业同伴加快开发迭代运动心率带产品，让更多酷爱运动的人用上心率带，完成科学运动。
领慧立芯在医疗级ECG，EEG，EMG范畴深耕多年，打磨了一系列高功用的AFE芯片及处理计划。LHE7908、LHA7878系列AFE适宜高功用低功耗多导心电图机、监护仪、Hol。te。r等运用。LHE7909，LH001-99 AFE以其超低噪声功用适宜高功用脑电、肌电等运用。
如对本文说到的处理计划感兴趣，欢迎联络咱们技术支撑团队讨取原理图和源代码等材料。如需请求样品，请联络领慧立芯区域出售团队。
