一、簡介

生物芯片研發商暖芯迦(Nanochap)發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(SoC)-EPC001(圖1 EPC001芯片實物圖)。這款芯片是業內首款可監測心電(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、脈搏波芯片監測功能為一體，可幫助正在尋求連續監測多種健康體征參數的廠商快速創建獨特、高精度的系統解決方案。

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測提供了一個新的視角，連續的健康監測成為關注的焦點。目前的智能穿戴設備已經可以跟蹤人體的各種健康數據，從心率、血氧、呼吸率到疲勞指數等。連續的健康監測為醫學預防措施帶來了爆炸式的數據增長和更多的依據，同時也促進了遠程醫療的范圍。有效的健康監控在很大程度上取決于連續和長期的數據捕獲。

正因為可穿戴設備具有連續和長期數據捕獲的優勢，可穿戴健康醫療產品市場快速增長，成為未來的主要發展方向，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采集系統配備了四路可編程LED驅動器，已適用各種規格的LED。另外，低功耗發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器協議棧，用于傳輸測量數據。

三、應用范圍

圖3 EPC001芯片功能框圖

與業界其他產品相比，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 的個數占總 R-R 間期個數的百分比(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，比如血壓等，可以為客戶省去很多研發和中間過程。這也使得該芯片方案能用于監測心臟功能、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”，連續健康監測將是行業的一大焦點。EPC001芯片的設計可以滿足連續健康監測和遠程監護的需求，讓可穿戴健康設備更有效的實現健康監控，做好慢性疾病的管理，暖芯迦(Nanochap)將推動個性化連續健康監測的實現。

審核編輯：湯梓紅