在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，心電監(jiān)測設(shè)備的性能提升依賴于主芯片與存儲的協(xié)同工作，以及合理的 PCBA設(shè)計(jì)。米客方德將深入探討Nordic nRF52832、TI MSP430FG4616、STM32F103C8T6、NXP LPC4337JBD144E這幾款主芯片分別與對應(yīng)存儲芯片SD NAND（貼片式SD卡、貼片式TF卡）的組合優(yōu)勢，以及相關(guān)電路、PCBA 設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)。

一、芯片與存儲組合優(yōu)勢

（一）Nordic nRF52832搭配MKDV2GIL - AST

Nordic nRF52832集成 64MHz的 32位 Arm?Cortex?M4處理器，運(yùn)算能力強(qiáng)。MKDV2GIL-AST 2Gb SLC SD NAND存儲芯片在低功耗、數(shù)據(jù)存儲可靠上表現(xiàn)出色。二者結(jié)合，在無線傳輸心電數(shù)據(jù)時(shí)，nRF52832 能快速處理采集到的心電信號，MKDV2GIL-AST 可高效存儲數(shù)據(jù)。例如在可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備中，能實(shí)現(xiàn)長時(shí)間穩(wěn)定存儲，且憑借 nRF52832的藍(lán)牙 5.3 多協(xié)議通信能力，方便與其他設(shè)備交互數(shù)據(jù)。

（二）TI MSP430FG4616搭配MKDV8GIL-AST

MSP430FG4616單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1258+INA326精密儀表放大器+OPA2335+AT29LV1024 +MKDV8GIL-AST 8Gbit SLC SD NAND存儲實(shí)現(xiàn)心電圖機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

TI MSP430FG4616具有 92KB閃存、4KB SRAM、12位ADC、雙通道 DAC、DMA、3個(gè)運(yùn)算放大器和160段LCD的8MHz 16bit MCU。以超低功耗著稱，適合對續(xù)航要求高的心電監(jiān)測設(shè)備。MKDV8GIL-AST 8Gb SD NAND低功耗、存儲容量較大且讀寫速度快。在長時(shí)間連續(xù)心電監(jiān)測場景下，MSP430FG4616可降低設(shè)備功耗，延長電池使用時(shí)間，MKDV8GIL-AST則確保大量心電數(shù)據(jù)的快速可靠存儲與讀取，為后續(xù)分析提供數(shù)據(jù)支持。

（三）STM32F103C8T6搭配MKDV32GCL-STPA

STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M3內(nèi)核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲器容量是64KB，需要電壓2V~3.6V。是經(jīng)典的低功耗 32位 MCU，具有較高性價(jià)比，能滿足基本數(shù)據(jù)處理需求，MKDV32GCL-STPA低功耗、高速讀寫、SMART穩(wěn)定性好特性，高容量可保障數(shù)據(jù)存儲安全可靠，且成本相對較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

1. NXP LPC4337JBD144E搭配MKDV64GCL-STPA

?NXP LPC4337JBD144E是一款基于ARM Cortex-M4和ARM Cortex-M0的雙核32位微控制器，適用于嵌入式應(yīng)用?。該芯片的最大特點(diǎn)是其高性能和低功耗特性，適合需要高處理能力和長時(shí)間運(yùn)行的設(shè)備。主頻可達(dá)204MHz?，?存儲容量?：具有1MB的閃存和136kB的SRAM，?接口?：支持Ethernet、兩個(gè)USB接口、LCD接口等。

應(yīng)用領(lǐng)域：

LPC4337JBD144E適用于多種嵌入式應(yīng)用：

?工業(yè)控制?：用于工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)。

?醫(yī)療設(shè)備?：適用于需要高精度計(jì)時(shí)的醫(yī)療設(shè)備。

?智能家居?：用于智能家居控制系統(tǒng)。

?汽車電子?：適用于汽車電子控制系統(tǒng)，如車載信息系統(tǒng)。處理能力強(qiáng)大，擁有豐富的外設(shè)資源。MKDV64GCL-STPA 具有低功耗、高速讀寫、SMART特性，存儲容量大。在高端心電監(jiān)測設(shè)備中，LPC4337JBD144E 可處理復(fù)雜的心電算法，MKDV64GCL-STPA能滿足長時(shí)間、高分辨率心電數(shù)據(jù)的存儲需求，提升設(shè)備整體性能。

（五）Nordic nRF52832搭配Sandisk閃迪、米客方德、Kioxia鎧俠 micro SD卡

Nordic nRF52832的高速數(shù)據(jù)處理能力與這幾款知名品牌的 micro SD卡相結(jié)合，能在不同應(yīng)用場景發(fā)揮優(yōu)勢。Sandisk 閃迪的 micro SD卡穩(wěn)定性高，在工業(yè)級心電監(jiān)測設(shè)備中，可確保數(shù)據(jù)可靠存儲；米客方德的產(chǎn)品性價(jià)比突出，適合心電貼等設(shè)備；Kioxia 鎧俠的 micro SD卡讀寫速度快，有助于快速傳輸大量心電數(shù)據(jù)，滿足對數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性要求高的場景。

（六）TI MSP430FG4616搭配三星、米客方德、金士頓 micro SD卡

TI MSP430FG4616的低功耗特性與這幾款 micro SD卡搭配，能優(yōu)化設(shè)備的整體性能。對于便攜式心電監(jiān)測設(shè)備，三星的產(chǎn)品可提供穩(wěn)定存儲；米客方德的卡性價(jià)比高；金士頓的高速讀寫能力可在設(shè)備喚醒時(shí)快速傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合 MSP430FG4616的低功耗優(yōu)勢，延長設(shè)備續(xù)航。

二、PCBA設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)

（一）電源管理設(shè)計(jì)

心電監(jiān)測設(shè)備通常使用電池供電，PCBA設(shè)計(jì)需優(yōu)化電源管理電路。對于低功耗芯片如 TI MSP430FG4616，要設(shè)計(jì)高效的降壓、穩(wěn)壓電路，確保芯片穩(wěn)定工作的同時(shí)降低功耗?？刹捎?DC - DC轉(zhuǎn)換器提高電源轉(zhuǎn)換效率，減少能量損耗。例如，在設(shè)計(jì)使用 Nordic nRF52832的設(shè)備時(shí)，根據(jù)其工作電壓范圍，合理選擇電源芯片，并設(shè)計(jì)儲能電容，保證在芯片高負(fù)載運(yùn)行時(shí)，如數(shù)據(jù)傳輸瞬間，能提供穩(wěn)定的電源。

（二）存儲電路設(shè)計(jì)

對于 SD NAND存儲芯片，要確保其與主芯片的通信接口匹配，如 SPI 接口的時(shí)鐘頻率、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序等參數(shù)設(shè)置正確。在設(shè)計(jì) NXP LPC4337JBD144E與 MKDV64GCL-STPA的存儲電路時(shí)，需考慮芯片的高速數(shù)據(jù)傳輸需求，優(yōu)化 PCB 布線，減少信號傳輸延遲和反射，保證數(shù)據(jù)存儲和讀取的準(zhǔn)確性。

（三）信號處理與抗干擾設(shè)計(jì)

心電信號微弱，易受干擾。PCBA 設(shè)計(jì)中，模擬信號處理部分要與數(shù)字信號處理部分隔離，減少數(shù)字信號對模擬心電信號的干擾。采用多層 PCB 板，合理布局地線，增加屏蔽層。比如，在設(shè)計(jì)主芯片的心電監(jiān)測設(shè)備時(shí)，將采集心電信號的前端模擬電路部分與后端數(shù)字處理電路部分通過地層和電源層進(jìn)行隔離，同時(shí)對關(guān)鍵信號線進(jìn)行包地處理，提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。以下是SD NAND貼片式T卡設(shè)計(jì)時(shí)Layout參考設(shè)計(jì)：

（四）拋棄式心電貼

目前市場上著名的拋棄式心電貼，通常采用紐扣電池供電，設(shè)計(jì)為一次性使用（用完后直接丟棄），主要用于短期心臟監(jiān)測。以下是具體品牌、產(chǎn)品及技術(shù)細(xì)節(jié)：

1. 完全拋棄式心電貼（含紐扣電池）

1. Cardiac Science MySense Heart（美國）

核心產(chǎn)品：

MySense Heart：FDA認(rèn)證的一次性Holter監(jiān)測設(shè)備，采用紐扣電池供電，可連續(xù)監(jiān)測72小時(shí)，支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

技術(shù)特點(diǎn)：

超薄貼片設(shè)計(jì)（厚度僅3mm），防水等級IPX7，支持日?；顒?。

內(nèi)置AI算法自動檢測房顫、室速等異常心律，數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸至醫(yī)生端。

適用場景：

門診患者心律失常篩查（如房顫初篩）。

術(shù)后短期監(jiān)護(hù)（如心臟射頻消融術(shù)后）。

2. ECG247（App Sens）（德國）

核心產(chǎn)品：

ECG247 Single Pack：醫(yī)療認(rèn)證的無線心電貼，傳感器可重復(fù)使用，但電極貼片為一次性（含紐扣電池CR-2032）。

技術(shù)特點(diǎn)：

電極貼片集成傳感器和電池，使用后直接丟棄，傳感器可重復(fù)使用5次以上。

支持7天連續(xù)監(jiān)測，數(shù)據(jù)通過App實(shí)時(shí)同步至云端。

適用場景：

居家健康監(jiān)測（如長新冠患者心率異常追蹤）。

運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究（如馬拉松選手賽前心臟負(fù)荷評估）。

二、接近需求的一次性產(chǎn)品（非紐扣電池）

1. iRhythm ZIO Patch（美國）

核心產(chǎn)品：

ZIO XT/ZIO AT：FDA認(rèn)證的一次性心電貼，無需電池（通過皮膚傳導(dǎo)供電），支持14天連續(xù)監(jiān)測。

技術(shù)特點(diǎn)：

柔性貼片設(shè)計(jì)，重量僅6克，防水等級IPX7。

數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸至云端，AI自動生成報(bào)告，醫(yī)生可遠(yuǎn)程解讀。

適用場景：

復(fù)雜心律失常診斷（如陣發(fā)性室上速）。

臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集（如新藥心臟安全性評估）。

2. Wellysis S-Patch EX（韓國）

核心產(chǎn)品：

S-Patch EX：FDA認(rèn)證的超輕心電貼（9克），使用可更換紐扣電池（CR-2032），支持72小時(shí)監(jiān)測。

技術(shù)特點(diǎn)：

可重復(fù)使用（需更換電極和電池），但部分用戶選擇一次性使用。

適用場景：

居家健康管理（如高血壓患者心率監(jiān)測）。

（五）SD卡 SMART功能（自我監(jiān)測、分析和報(bào)告技術(shù)）

SD卡 SMART功能是一種自我監(jiān)測、分析和報(bào)告技術(shù)（Self - Monitoring, Analysis and Reporting Technology），最初是為傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動器開發(fā)的，現(xiàn)在也應(yīng)用于 SD卡等存儲設(shè)備。實(shí)時(shí)監(jiān)控：SD SMART功能可以在 SD卡使用過程中持續(xù)監(jiān)控其性能和健康狀況。動態(tài)監(jiān)測和反饋Flash狀態(tài)信息，如總寫入數(shù)據(jù)量、壞塊數(shù)、使用壽命、正常/異常掉電次數(shù)等，便于用戶修正Bug，對系統(tǒng)做OTA升級和后續(xù)產(chǎn)品迭代。它能實(shí)時(shí)提供有關(guān)卡的多個(gè)關(guān)鍵因素的信息，通過這種實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題或磨損跡象，以便采取預(yù)防措施，避免出現(xiàn)嚴(yán)重問題。

（六）心電貼的核心工作原理

在現(xiàn)代醫(yī)療科技的不斷發(fā)展中，心電貼作為一種小型化、可穿戴的心電監(jiān)測設(shè)備，正逐漸走進(jìn)大眾視野，成為守護(hù)心臟健康的得力助手。下面就為大家詳細(xì)介紹一下心電貼的工作原理和產(chǎn)品特點(diǎn)。

心電貼的核心工作原理基于對生物電信號的精準(zhǔn)檢測。人體心臟跳動是一個(gè)復(fù)雜而有序的過程，每次跳動時(shí)，心肌細(xì)胞會經(jīng)歷去極化和復(fù)極化，這一過程會產(chǎn)生生物電活動。這些生物電就像心臟的 “電信號密碼”，它們通過人體組織傳導(dǎo)到體表，在體表不同部位之間形成極其微弱的電位差，通常僅在毫伏（mV）級別。

心電貼配備了多個(gè)精心設(shè)計(jì)的電極，這些電極就像敏銳的 “信號捕捉器”，與皮膚緊密貼合，能夠精準(zhǔn)地捕捉到體表的微弱電位變化，并將其轉(zhuǎn)化為電信號。然而，這些初始電信號十分微弱，還夾雜著各種干擾 “噪音”，無法直接用于分析。因此，它們首先會進(jìn)入心電貼內(nèi)部的信號放大電路。這個(gè)放大電路如同一個(gè)信號 “放大器”，能將微弱的電信號放大到合適的強(qiáng)度，以便后續(xù)處理。

經(jīng)過放大的信號緊接著會通過濾波電路。濾波電路就像是一個(gè)精細(xì)的 “濾網(wǎng)”，專門去除信號中包含的各種噪聲干擾，比如常見的工頻干擾（50Hz或 60Hz）以及肌電干擾等。經(jīng)過這層 “濾網(wǎng)”過濾后，心電信號變得更加純凈，為后續(xù)準(zhǔn)確分析奠定了基礎(chǔ)。

經(jīng)過放大和濾波處理后的心電信號，還需要進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號，才能被進(jìn)一步處理和存儲。此時(shí)，心電貼內(nèi)部的微處理器就開始發(fā)揮關(guān)鍵作用。微處理器如同一個(gè)智能 “分析師”，它運(yùn)用特定的算法，能夠精準(zhǔn)識別出心電信號中的特征點(diǎn)，像 P波、QRS波群、T波等，進(jìn)而計(jì)算出心率、心律等重要參數(shù)，為評估心臟健康狀況提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

心電貼最大的特點(diǎn)之一就是小巧輕薄，重量極輕，幾乎不會給用戶帶來任何負(fù)擔(dān)。它可以輕松粘貼在胸部等部位，就像一個(gè)隱形的 “守護(hù)者”。無論是日常工作、睡眠，還是運(yùn)動健身，用戶都能無感佩戴，隨時(shí)隨地進(jìn)行心電監(jiān)測，真正做到了將專業(yè)的醫(yī)療監(jiān)測融入日常生活。

與傳統(tǒng)心電圖機(jī)只能進(jìn)行短時(shí)間靜態(tài)記錄不同，心電貼具備長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測的強(qiáng)大功能。它可以持續(xù)記錄數(shù)天甚至數(shù)周的心電數(shù)據(jù)，就像一位不知疲倦的 “健康衛(wèi)士”，時(shí)刻關(guān)注著心臟的動態(tài)。這種長時(shí)間的監(jiān)測對于捕捉偶發(fā)性的心律失常等心臟問題尤為重要，大大提高了疾病的檢出率，讓心臟問題無處遁形。