呼吸数計測

MAX86178は、ウェアラブルアプリケーション用の高集積、複数バイタルサイン監視デバイスで、完全な光電式容積脈波記録法(フォトプレチスモグラフィ、PPG)、心電図(ECG)、および生体電位(BioZ)アナログフロントエンド(AFE)を備えています。MAX86178はウェルネスおよび臨床アプリケーション用に高性能を提供し、低電力によって長いバッテリ寿命を実現します。

PPGデータ収集システムは、最大6つのLEDおよび4つのフォトダイオード入力に対応します。LEDは2つの高電流、8ビットLEDドライバから設定可能です。受信経路は2つの低ノイズ、高分解能読取りチャネルを備え、それぞれが個別の20ビットADCおよび業界トップクラスの環境光除去(ALC)回路を内蔵して、現在の市場で最高性能の集積型光データ収集システムを実現します。

ECGチャネルは、EMIフィルタ処理、内部リードバイアス、右脚駆動、および内蔵セルフテスト用の広範な較正電圧を備えています。また、ECGチャネルは高入力インピーダンス、低ノイズ、高CMRR、設定可能利得、アンチエイリアスローパスフィルタ、および高分解能ADCも備えています。これはIEC 60601-2-47携帯型ECGシステムの監視コンプライアンス要件を満たすように設計されています。

BioZ受信チャネルは、EMIフィルタ処理および広範な較正機能を備えています。また、BioZ受信チャネルは高入力インピーダンス、低ノイズ、設定可能利得、ローパス/ハイパスフィルタオプション、および高分解能ADCも備えています。入力刺激を生成するための複数のモード(平衡方形波ソース/シンク電流、正弦波電流、および正弦波と方形波の両方の電圧刺激)があります。広範囲の振幅および周波数の刺激が利用可能です。

MAX86178は、DCおよびACリードオフ検出、柔軟なタイミングシステム、およびPLLを備えています。3つのセンサーチャネルはすべて同期されます。MAX86178は49ピンウェハレベルパッケージ(WLP) (2.77mm × 2.57mm、7 × 7アレイ)で提供され、-40℃～+85℃の温度範囲にわたって動作します。

アプリケーション

• 携帯型心拍モニタ
• インピーダンス心電図/血行動態モニタ
• パルス到達時間(PAT)、パルス伝播時間(PTT)、パルス波速度(PWV)評価
• パルス酸素濃度測定機器
• 単一およびマルチ周波数バイオインピーダンス分析
• スマート衣料アプリケーション
• ウェアラブルバイタルサインモニタ

ADPD6000は、様々な生体信号を測定するための、高集積アナログ・フロント・エンド（AFE）です。

この光学チャンネルは、最大4つの発光ダイオード（LED）を励起し、最大4つの個別の電流入力でリターン信号を測定します。シグナル・チェーンは、一般に周辺光によって生じる非同期の変調干渉に起因する信号のオフセットや破損を除去することができ、光学フィルタや外部制御のDCキャンセル回路は不要です。

心電図（ECG）信号取得は、様々な干渉源がある状態で、低ノイズの診断レベル測定に対応するよう設計されています。ECGシグナル・チェーンには、同相ノイズ除去用の駆動リファレンス機能、電極の接続解除を特定するリード・オフ検出機能など、ECG測定を支援する補完機能が数多く備わっています。

生体インピーダンス解析（BIA）シグナル・チェーンは、設定可能な励起パスと測定パスを使用した、生体インピーダンスの測定用に設計されています。励起パスに12ビットのD/Aコンバータ（DAC）を使用してサイン波を生成し、構成設定可能なフィルタを使用した高精度測定によって刺激に対する体の反応を測定します。

データ出力と機能構成は、ADPD6000のシリアル・ポート・インターフェース（SPI）を利用します。制御回路には、柔軟なLED信号伝送機能、同期検出機能、デジタル・フィルタ、デジタル波形ジェネレータ、設定可能なフィルタが備わっています。

ADPD6000は、2.6mm × 2.6mm、0.4mmピッチの36ボール・ウェーハ・レベル・チップ・スケール・パッケージ（WLCSP）を採用しています。

アプリケーション

• ウェアラブルな健康／フィットネス・モニタ：心拍数、心拍数変化、SpO2、生体インピーダンス解析、体内水分量、カフなし非侵襲的血圧
• 自宅療養患者のモニタリング
• 工業用モニタリング：粒子およびエアロゾル、ガス、導電率検出

MAX30009は、ウェアラブルアプリケーション用の完全な生体インピーダンス(BioZ)、アナログフロントエンド(AFE)ソリューションです。このデバイスはフィットネス、ウェルネス、および臨床アプリケーション用の高性能を提供し、超低電力によって長いバッテリ寿命を実現します。BioZ受信チャネルは、静電気放電(ESD)保護、電磁干渉(EMI)フィルタ、内部リードバイアス、DCリードオフ検出、DRVNリードオフ検出、およびスタンバイモード時の超低電力リードオン検出を備えています。また、BioZ受信チャネルは高入力インピーダンス、低ノイズ、高コモンモード除去比(CMRR)、設定可能な利得、各種ローパスおよびハイパスフィルタオプション、および同時IおよびQ収集用の2つの高分解能アナログ-デジタルコンバータも備えています。

BioZ送信チャネルは正弦波電流発生器を備え、広い16Hz～806kHzの周波数範囲および広い16nA_RMS～1.28mA_RMSの振幅範囲で人体にAC電流を送ります。また、送信チャネルは正弦波電圧およびHブリッジモードでの動作も可能です。柔軟な入出力マルチプレクサによって、複数の電極のセットを使用するバイポーラおよびテトラポーラの両方の測定が可能です。

生体インピーダンス分析/分光法(BIA/BIS)や自動体外式除細動器(AED)人体インピーダンスなどの高い絶対インピーダンス精度が必要な測定用に、MAX30009は複数の較正オプションを提供します。外付けの高精度抵抗を4線式較正ポートに接続して、最高の精度を実現することができます。内部の調整済み抵抗も高精度を提供します。

PLLベースのタイミングサブシステムによって、広範囲の微調整された刺激およびサンプリング周波数が可能で、他のアナログ・デバイセズの生体センサーと同期させて同時データ収集を行うことができます。

MAX30009は25ピンウェハレベルパッケージ(WLP) (2.03mm × 2.03mm)で提供され、-40℃～+85℃の温度範囲で動作します。

アプリケーション

• ウェアラブルフィットネス、ウェルネス、および医療機器
• マルチ周波数体組成分析装置
• 非侵襲的血行動態モニタ
• 自動体外式除細動器(AED)
• 以下の高精度検出に最適化された性能：
• 呼吸数
• ガルバニック皮膚反応/皮膚電気活動
• 生体インピーダンス分光法
• 体組成および体液分析
• インピーダンス心電図および容積脈波測定

DARWINは、急速に進化するモノのインターネット(IoT)の中で威力を発揮するように設計された新しいタイプの低電力マイクロコントローラです。これらのデバイスはスマートで、クラス最大のメモリを内蔵し、非常に拡張性の高いメモリアーキテクチャを採用しています。これらのデバイスは、ウェアラブルグレードの電力技術によって非常に長時間動作します。これらのデバイスは、最も高度なサイバー攻撃にも耐える十分な耐久性を備えています。DARWINマイクロコントローラは、他のマイクロコントローラの使用が考えられないような場所で、想像可能なあらゆるアプリケーションを実行するように設計されています。

ジェネレーションUBのマイクロコントローラは、今日の高度なバッテリ動作機器およびワイヤレス接続機器によって要求される、ますます複雑化の進むアプリケーションに対応するように設計されるとともに、堅牢なハードウェア・セキュリティおよびBluetooth^® 5 Low Energy (Bluetooth LE)無線接続を提供します。

UBクラスのMAX32665/MAX32666マイクロコントローラは、複雑な関数やアルゴリズムを効率的に計算するためのFPU内蔵Arm^® Cortex^®-M4 CPUを備えた高度なシステム・オンチップで、パワーマネージメントを内蔵しています。また、ロング・レンジ（4x）と高スループット(2Mbps)に対応する最新世代のBluetooth 5 LE無線と、ADIのクラス最高のハードウェア・セキュリティ・スイート信頼保護ユニット(TPU)も内蔵しています。これらのデバイスは大容量の内蔵メモリを提供し、1MBのフラッシュおよび560KBのSRAMを内蔵しています。各512KBの分割フラッシュバンクはシームレスなオーバー・ジ・エア・アップグレードをサポートし、信頼性をさらに高めています。データ(SRAM)およびコード(フラッシュ)スペースのメモリの拡張性は、2つのSPI execute-in-place (SPIX)インタフェースによってサポートされます。

HS-USB、セキュアデジタルインタフェース(SD、SDIO、MMC、SDHC、およびmicroSD^™)、SPI、UART、およびI²Cの各シリアルインタフェース、およびPDM、PCM、I²S、およびTDMインタフェースに対応するオーディオサブシステムを含む、複数の高速インタフェースがサポートされています。外部センサーおよびメーターからのアナログ入力を監視するために、8入力、10ビットADCが利用可能です。これらのデバイスは、109ピンWLP (0.35mmピッチ)および121ピンCTBGA (0.65mmピッチ)パッケージで提供されます。

アプリケーション

• コネクテッドホーム
• ゲーム機
• ヒアラブル
• 産業用センサー
• 支払い/フィットネス/医療用ウェアラブル
• 遠隔医療

DARWINファミリの中で、MAX32670は超低消費電力、高コスト効率、高集積、高信頼性 32ビット・マイクロコントローラで、バッテリ駆動時間を犠牲にすることなく複雑なセンサー処理を行う設計を可能にします。このデバイスは、柔軟で汎用性の高いパワー・マネージメント・ユニットと、浮動小数点ユニット（FPU）を内蔵した強力なArm^® Cortex^®-M4プロセッサを組み合わせています。また、従来の設計に対しても、8ビットまたは16ビット・マイクロコントローラからの容易かつ最適なコストでのアップグレード・パスを提供します。

このデバイスは384KB（ユーザー376KB）のフラッシュ・メモリと160KBのSRAMを内蔵し、アプリケーションとセンサー・コードに対応します。完全にフレキシブルで独立したクロックを持つ2つのウィンドウ・ウォッチドッグ・タイマなどの追加機能は、信頼性の高い動作をさらに強化するために追加されました。ブラウンアウト検出は、パワーダウン／パワーアップ発生時および予期せぬ電源トランジェント時に適切な動作を確保します。

3.4MHzのI²C、50MHzのSPI、UARTなどの複数の高速ペリフェラルが内蔵され、通信帯域幅を最大化します。さらに、低消費電力スリープ・モードでの動作用に低消費電力UARTが利用可能で、データを損失することなくウェイクアップ動作を容易に実現できます。たとえ最低消費電力のスリープ・モードでもパルス・カウント、キャプチャ／比較、PWM生成を可能にするための2つの低消費電力タイマーを含む、入出力機能を備えた合計6つのタイマーが提供されます。これらすべての機能が40ピンTQFN-EPパッケージ（5mm × 5mm）または24ピンWLPパッケージ（1.75mm × 2.50mm）の小型パッケージに収められています。

アプリケーション

• スマート・センサー・コントローラ
• 産業用センサー
• 光通信モジュール
• セキュア無線モデム・コントローラ
• バッテリ駆動医療機器
• システム・ハウスキーピング・コントローラ
• アルゴリズム・コプロセッサ

AD5933は、高精度インピーダンス・コンバータのシステム・ソリューションで、周波数発生器と1MSPSの12ビットA/Dコンバータ（ADC）を内蔵しています。周波数発生器では、既知の周波数で外部の複素インピーダンスを励起することができます。インピーダンスからの応答信号は内蔵のADCでサンプリングされ、内蔵のDSPエンジンで離散フーリエ変換（DFT）が行われます。DFTアルゴリズムは、各出力周波数で実数（R）と虚数（I）のデータワードを返します。

1度キャリブレーションを行えば、掃引時の各周波数ポイントでのインピーダンスの大きさと相対位相は、容易に計算できます。この計算は、実数と虚数のレジスタの内容を用いることで、チップ外で行われます。これらのレジスタの内容はシリアルのI²Cインターフェースから読み取ることができます。

アナログ・デバイセズから類似製品AD5934も提供しています：2.7～5.5V、250kSPSの12ビット・インピーダンス・コンバータで内部温度センサーを内蔵し16ピンSSOPパッケージに収納。

アプリケーション

• 電気化学的解析
• 生体インピーダンス解析
• インピーダンス分光法
• 複素インピーダンス測定
• 腐食解析／保護機器
• 生体医学および自動車用センサー
• 近接センシング
• 非破壊検査
• 材料特性解析
• 燃料／バッテリの状態監視

ADuCM350は電気化学センサーとバイオセンサー向けの電流、電圧の測定機能を備えた設定可能なインピーダンス変換器とポテンショスタットです。ADuCM350はポイント･オブ･ケア診断や生命兆候監視用装着式機器などの携帯型機器アプリケーション向け、全機能内蔵、コイン型電池駆動、高精度のMCU内蔵ソリューションです。

ADuCM350のアナログ・フロントエンド（AFE）は16ビット精度、160kSPSのA/Dコンバータ（ADC）、±0.17％精度の電圧リファレンス、12ビット・ノーミッシング･コードD/Aコンバータ（DAC）、再設定可能な超低リーク・スイッチ・マトリックスを内蔵しています。ADuM350には4個の電圧測定チャンネル、最大8個の電流測定チャンネル、インピーダンス測定用DFTエンジンがあります。ADuCM350はARM Cortex-M3ベースのプロセッサ、メモリとディスプレ付き携帯メーター、USB通信、アクティブ・センサーをサポートするすべてのI/O接続も内蔵しています。ADuCM350は、120ピン8mm×8mm CSP_BGAを採用し、－40℃～＋85℃で動作します。

超低消費電力動作と休止状態のパワーマネージメントが行えるように、ADuCM350はダイナミック制御やソフトウェア制御のクロック・ゲーティングやパワー・ゲーティングのようなパワー・モードと機能の選択ができます。AFEはダイレクト・メモリ・アクセス（DMA）接続や割り込み接続とともに、アドバンスト・マイクロコントローラ・バス・アーキテクチャ（AMBA）マトリックスのアドバンスト・ハイ・パーフォマンス・バス（AHPB）スレーブ・インターフェースを経由してARM Cortex-M3に接続されます。

アプリケーション

• ポイント･オブ･ケア診断
• 生命兆候監視用装着式機器
• 電流測定、電圧測定、インピーダンス測定

MAX86178の評価キット(EVキット)は、光電式容積脈波記録法(PPG)、心電図(ECG)、および生体インピーダンス(BioZ)測定機能を備えたMAX86178の機能および特長を評価するためのプラットフォームを提供します。このEVキットによって柔軟なハードウェアおよびソフトウェア設定が可能になり、ユーザーが自分自身のアプリケーション用にMAX86178を設定し最適化する方法を迅速に学ぶために役立ちます。

MAX86178は完全なPPG、ECG、およびBioZアナログフロントエンドソリューションで、2つの光読取りチャネル、1つのシングルリードECGチャネル、およびテトラポーラ(4極)とバイポーラの両方の電極構成に対応するBioZチャネルで構成され、そのすべてが同時に動作可能です。光読取りチャネルは、最大6つのLEDおよび4つのフォトダイオード入力に対応します。複数のBioZアプリケーションに対応するために、BioZチャネルは複数の刺激モード(特定の周波数範囲の方形波シンク/ソース電流、正弦波電流、正弦波電圧、および方形波電圧)に対応します。

MAX86178のEVキットは2つのボードで構成されます。MAXSENSORBLE_EVKIT_Bはマイクロコントローラ(MCU)ボードで、MAX86178_EVKIT_CはMAX86178を備えたセンサーボードです。PPGおよびECG測定機能を有効にするために、センサーボードは3つのLED (赤、緑、およびIR)、3つのディスクリートのフォトダイオード(Vishay VEMD8080)、およびECGおよびBioZチャネルの部品構成も備えています。このEVキットは、USB-C-USB-Aケーブルを使用するPCへのUSB接続またはLiPoバッテリを介して給電可能です。このEVキットには最新のファームウェアが含まれ、ファームウェア変更が必要な場合のためにMAXDAP-TYPE-Cプログラミング回路基板が付属します。

アプリケーション

• 携帯型心拍モニタ
• インピーダンス心電図/血行動態モニタ
• パルス到達時間(PAT)、パルス伝播時間(PTT)、パルス波速度(PWV)評価
• パルス酸素濃度測定機器
• 単一およびマルチ周波数バイオインピーダンス分析
• スマート衣料アプリケーション
• ウェアラブルバイタルサインモニタ

アプリケーション

• ウェアラブルフィットネス、ウェルネス、および医療機器
• マルチ周波数体組成分析装置
• 非侵襲的血行動態モニタ
• 自動体外式除細動器(AED)
• 以下の高精度検出に最適化された性能：
• 呼吸数
• ガルバニック皮膚反応/皮膚電気活動
• 生体インピーダンス分光法
• 体組成および体液分析
• インピーダンス心電図および容積脈波測定

このユーザ・ガイドでは、ADPD6000の評価用モジュールであるEVAL-ADPD6000Zデモキットの動作について説明します。

ADPD6000は、ウェアラブル・バイタル・サイン・モニタリング（VSM）デバイス用の完全統合型アナログ・フロント・エンド（AFE）です。ADPD6000の主要な機能としては、フォトプレチスモグラフィ（PPG）、心電図（ECG）、生体インピーダンス解析（BIA）などがあります。

デモキットには、ソフトウェアとハードウェアの両方が含まれています。EVAL-ADPD6000Zでは、AFE機能を評価し、AFEに基づいてシステム設計を検証できます。ユーザはアプリケーションの条件に応じてケーブル接続またはBluetooth接続を使い、PCとEVAL-ADPD6000Z間の通信を確立できます。

このユーザ・ガイドでは、ADPD6000の様々な機能の設定例についても説明します。

ADPD6000の詳細については、ADPD6000のデータシートを参照してください。EVAL-ADPD6000Zを使用する際は、データシートと併せてこのユーザ・ガイドを参照してください。

ADP5360には、1セルのリチウムイオン／リチウムイオン・バッテリ充電用の高性能リニア電圧レギュレータ、超低静止電流燃料計およびバッテリ保護回路、超低静止降圧および昇降圧スイッチング・レギュレータ、監視回路が搭載されています。

ADP5360CB-EVALZ評価用ボードは外部USBドングル接続をサポートしており、グラフィック・ユーザ・インターフェース（GUI）ソフトウェアではユーザがI2Cインターフェースにより提供される充実した機能を評価できます。

ADP5360は、−40°C～+85°Cのジャンクション温度範囲で動作し、32ボール、2.56mm × 2.56mm WLCSPを採用しています。

ADP5360の詳細については、ADP5360データシートを参照してください。これは、評価用ボードのユーザ・ガイドと併せて参照してください。

This user guide describes the EVAL-AD5933EBZ evaluation board, and the application software developed to interface with the device. The AD5933 is a high precision impedance converter system that combines an on-board frequency generator with a 12-bit, 1 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The frequency generator allows an external complex impedance to be excited with a known frequency. The on-board ADC samples the response signal from the impedance, and an on-board DSP engine at each excitation frequency processes the DFT. The AD5933 also contains an internal temperature sensor with 13-bit resolution. The part operates from a 2.7 V to 5.5 V supply. Other on-board components include a ADR423 3.0 V reference to act as a stable supply voltage for the separate analog and digital sections of the device and a ADP3303 ultrahigh precision regulator to act as a supply to the on-board universal serial bus controller that interfaces to the AD5933. The user has the option to power the entire circuitry from the USB port of a computer.

The evaluation board also has a high performance trimmed 16 MHz surface-mount crystal to act as a system clock to the AD5933, if required. Interfacing to the AD5933 is through a USB microcontroller that generates the I²C signals necessary to communicate with the AD5933. Interfacing to the USB microcontroller is done through a Visual Basic^® graphic user interface located on and run from the PC. Complete specifications for the AD5933 are available in the AD5933 data sheet available from Analog Devices, Inc., and should be consulted in conjunction with this user guide when using the evaluation board.

MAX32665/MAX32666のEVキットは、ウェアラブルおよびヒアラブル機器アプリケーション用の高効率Arm^®マイクロコントローラおよびオーディオDSPのMAX32665/MAX32666の機能を評価するためのプラットフォームを提供します。

これらのEVキットは、CTBGA ICの全バージョンを評価します。セキュアIC用のソケットバージョンと、非セキュアIC用の直接実装バージョンがあります。

アプリケーション

• コネクテッドホーム
• ゲーム機
• ヒアラブル
• 産業用センサー
• 支払い/フィットネス/医療用ウェアラブル
• 遠隔医療

MAX32670の評価キット(EVキット)は、MAX32670の機能を評価するためのプラットフォームを提供します。MAX32670は超低電力、高コスト効率、高信頼性32ビットマイクロコントローラで、バッテリ寿命に妥協することなく複雑なセンサー処理を行う設計を可能にします。このデバイスは、柔軟で汎用的なパワーマネージメントユニットと、浮動小数点ユニット(FPU)内蔵の強力なArm^® Cortex^®-M4コアを組み合わせています。また、MAX32670は従来の設計に対して、8または16ビットマイクロコントローラからの容易かつ最適なコストでのアップグレード経路を提供します。

アプリケーション

• アルゴリズムコプロセッサ
• バッテリ駆動医療機器
• 産業用センサー
• 光通信モジュール
• セキュア無線モデムコントローラ
• スマートセンサーコントローラ
• システムハウスキーピングコントローラ

This reference design provides information about preparing and operating the MAXREFDES282: Health Patch Platform. This platform uses high-sensitivity Photoplethysmogram (PPG), Electrocardiogram (ECG), Bio Impedance (BioZ) and temperature biosensors, and two power-management IC (PMIC) from Maxim Integrated^®, now part of Analog Devices^®, in a chest-patch design to capture biometric signals important for healthcare. The platform integrates algorithms to calculate those vital signs including heart rate (HR), respiration rate (RR), and blood oxygenation (SpO₂) based on the biosensors measurement data. The vital signs data can be displayed on a Windows^® GUI in real-time and logged to a local file for further study. This is a demonstration only reference design. The schematic, layout, and manufacturing files are not available.

Wearable and supporting documentation are available under NDA only.*

The MAXREFDES220# reference design provides everything you need to quickly prototype your product to measure finger-based heart rate, blood oxygen saturation level (SpO2), and blood pressure trending (BPT).

The MAX30101 and the MAX32664 provide an integrated hardware and software solution for multiple finger-based applications. The MAX32664 firmware provides algorithm output.

A MAX32630FTHR is provided to emulate a host system for easy development.

Design files, firmware, and software are available for this reference design. The board is also available for purchase.

MAXREFDES104#は、ウェアラブル・フォーム・ファクタの独特な評価および開発プラットフォームであり、ヘルスセンシング・アプリケーションに適した幅広いマキシム製品の機能実証に使用できます。この第三世代ヘルス・センサー・プラットフォーム（MAXREFDES101#ヘルス・センサー・プラットフォーム2.0の後継）には、2 in 1のPPG + ECGアナログフロントエンド（AFE）センサー（MAX86176）、人体温度センサー（MAX30208）、マイクロコントローラ（MAX32666）、パワーマネージメントIC（MAX20360）、および3軸加速度センサーが内蔵されています。このフル機能のプラットフォームには、3Dプリントされたエンクロージャと生体アルゴリズム・ハブが内蔵され、心拍数、血液飽和度、およびECGのアルゴリズムが組み込まれています（MAX32674）。アルゴリズム出力および未加工データは、Bluetooth™を介してPCのGUIに送信し、デモンストレーション、評価、およびカスタム開発に使用できます。