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一、简介

生物芯片研发商暖芯迦(Nanochap)发布了一款全新的专为采集生物电信号而设计的传感芯片系统（SoC）-EPC001（图1 EPC001芯片实物图）。这款芯片是业内首款可监测心电(ECG)、脉搏（PPG）、脑电（EEG）和肌电信号（EMG）的SoC芯片，集心电芯片、脑电芯片、肌电芯片、脉搏波芯片监测功能为一体，可帮助正在寻求连续监测多种健康体征参数的厂商快速创建独特、高精度的系统解决方案。

图1 EPC001芯片实物图

近年来，可穿戴设备的日益广泛使用为人们的健康监测提供了一个新的视角，连续的健康监测成为关注的焦点。目前的智能穿戴设备已经可以跟踪人体的各种健康数据，从心率、血氧、呼吸率到疲劳指数等。连续的健康监测为医学预防措施带来了爆炸式的数据增长和更多的依据，同时也促进了远程医疗的范围。有效的健康监控在很大程度上取决于连续和长期的数据捕获。

正因为可穿戴设备具有连续和长期数据捕获的优势，可穿戴健康医疗产品市场快速增长，成为未来的主要发展方向，具有巨大的市场潜力，也给相关的厂商带来了机会。

二、系统介绍

EPC001芯片集成了高精度脑电EEG/心电ECG/肌电EMG/脉搏波PPG模拟前端（AFE）、64MHz RISC-V单片机（MCU）、强大的心电ECG/脉搏波PPG特征提取功能（Heart APP）和24bit高精度ADC等模块，如图2所示，是一款高度集成的可穿戴健康设备解决方案芯片。

图2 EPC001芯片系统框图

脉搏波和心电能在独立采样率下面做同步采样，脉搏波最大可配置4k采样率,心电最大采样率为32k。EPC001为脑电EEG/心电ECG/肌电EMG设计了超低噪声可编程放大器以及配置了一个24bit高精度ADC，使得微弱的的生物电信号能够以最大精度的被转换成数字信号，为测量结果的精确性提供保障。同时，EPC001为脉搏波PPG采集系统配备了四路可编程LED驱动器，已适用各种规格的LED。另外，低功耗发光二极管模拟前端电路以及24bit高精度ADC被用于采集脉搏波PPG信号，以高动态范围，高精度截取完整的脉搏波PPG信号。EPC001还集成了64MHz 32位RISC-V单片机（MCU）和多种外设，支持复杂的信号处理算法，可扩展性强。多样性的外设接口允许SoC外部扩展多个不同传感器。强大的RISC-V内核MCU处理及其内存空间便于集成不同的无线收发器协议栈，用于传输测量数据。

三、应用范围

图3 EPC001芯片功能框图

与业界其他产品相比，EPC001芯片功能齐全，使用灵活。如功能框图（图3）所示，该芯片还集成了ECG/PPG特征提取功能（Heart App），通过硬件实现部分算法，不占芯片的软件资源。Heart App直接提供心率、QT间期、左心室射血时间（LVET）、脉搏波到达时间（PAT）、心率变异性等一系列指标，其中心率变异性参数包括全部窦性心搏 R-R 间期（瞬时心率）的标准差（SDNN）、R-R 间期平均值标准差（SDANN）、相邻 R-R 间期差值均方平方根（r-MSSD）、相邻 R-R 间期之差>50ms 的个数占总 R-R 间期个数的百分比（pNN_50）、心率（HR）与呼吸频率（RR）。

图4 EPC001芯片电信号采集示意图

EPC001电信号采集在图4所示，这些指标可以用来计算更多复杂的健康参数，比如血压等，可以为客户省去很多研发和中间过程。这也使得该芯片方案能用于监测心脏功能、呼吸相关的问题，管理相关慢性疾病（图5）。

图5 EPC001芯片典型应用列表

四、总结

可穿戴健康设备的新品“百花齐放”，连续健康监测将是行业的一大焦点。EPC001芯片的设计可以满足连续健康监测和远程监护的需求，让可穿戴健康设备更有效的实现健康监控，做好慢性疾病的管理，暖芯迦（Nanochap）将推动个性化连续健康监测的实现。