可穿戴式传感器在健身和健康监测方面的应用正在急剧增长。在过去的十年中，可穿戴技术由于商业原因引起了科技行业的广泛关注，并且由于其对患者健康的潜在益处而引起了医生的兴趣。可穿戴设备使用生物医学传感器，不仅可以监测步数、步行/跑步速度或高度等活动参数，还可以监测心脏电活动或血压等生理参数。

一种比较流行的生物传感器是心电传感器(也称为EKG)，它记录一段时间内的心脏电活动(图1)。每次心跳都是由电脉冲触发的，通常由心脏右上腔的特殊细胞产生。测量和记录心脏电活动的装置是心电图机或心电图仪。它的工作原理是将电极附着在病人的皮肤表面。这些记录下来的活动然后由医生分析，并用于诊断患者的各种心脏状况，以帮助监测他们的进展。心电图机在世界范围内广泛使用，从医院到许多医疗保健从业者，以监测患者的健康状况。

一个完全集成的ECG解决方案

一个典型的生物电位心电图方案如图2所示。两个引线电极附着在人体上，然后通过外部EMI滤波器连接到MAX30003的ECGP和ECGN引脚。MAX30003是一款完全集成的生物电位ECG AFE IC，由输入MUX、快速恢复仪表放大器、抗混叠滤波器和可编程增益放大器(PGA)组成。PGA的输出驱动具有条件信号的高分辨率ADC，然后将其发送到微处理器进行存储、计算和显示。

有两种电极，湿电极和干电极。通过将电极连接到皮肤上，它们接收由心肌产生的ECG信号。临床使用的ECG传感器包括湿电极，需要使用粘性凝胶粘附在身体上。与传统的湿电极相比，干电极使用单一金属作为皮肤和电极之间的导体，不需要导电凝胶。由于干电极易于设置，许多类型的ECG可穿戴设备(如腕带、胸带和智能手表)都使用基于干电极的ECG传感器。我们在这里介绍的解决方案非常适合具有传统湿电极的ECG，阻抗在10k欧姆范围内。然而，当与干电极的ECG一起使用时，干电极的阻抗比传统电极高100到1000倍(例如，干电极为10毫欧与传统电极为10k欧姆)。在如此高的阻抗下，心电信号被衰减，导致信号很小。为了适应这种高阻抗，生物电位ECG通道的输入阻抗应该非常高，以便将衰减保持在最小。MAX40023 / MAX40024高阻抗、低噪声缓冲器有助于维持可检测的心电信号。

为了将良好的心电信号保持在一个典型的、足够的可检测和处理的范围内，心电通道前端确实需要一个具有低偏置电流的高阻抗缓冲器(图3)。缓冲器的低噪声性能也要求避免给整个系统增加过多的噪声，并满足心电系统噪声标准。考虑到可穿戴设备的电池寿命，缓冲器的功耗必须尽可能小。

MAX40023/MAX40024系列具有这些必要的规格，使其成为医疗传感器应用的最佳候选产品。这些低噪声、低功耗、低偏置电流放大器的输入偏置电流为5pA(最大)，每个通道仅消耗17 μ A静态电流。噪声性能也很出色，本底噪声小于32nV/rtHz，在0.1Hz至10Hz带宽范围内小于1.5 μ VP-P。MAX40023还具有一个内部EMI滤波器，在1.8GHz和2.4GHz时EMI抑制比至少为110dB。由于大多数ECG设备都有一对以上的干电极引线，因此MAX40024是一个9针WLP封装的双放大器，非常适合节省空间的可穿戴应用。

结论

MAX30003是一款完全集成的心电前端IC，可以轻松地使用传统电极或干电极进行心电测量。然而，为了获得干电极的最佳性能，可以使用高阻抗、低噪声缓冲器，如MAX40023/MAX40024。这些运放的偏置电流小于5pA，有助于将ECG信号保持在可靠的检测水平。它们具有节省空间和低功耗的特点，非常适合可穿戴ECG设备。