MAX30001評(píng)估系統(tǒng)：生物電位與生物阻抗測(cè)量的理想之選

在電子工程領(lǐng)域，對(duì)于生物電位（如心電圖ECG、R - to - R、起搏檢測(cè)）和生物阻抗（BioZ）測(cè)量的評(píng)估系統(tǒng)需求日益增長(zhǎng)。MAX30001評(píng)估系統(tǒng)就是這樣一款出色的工具，它為工程師們提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)來(lái)評(píng)估MAX30001和MAX30002的功能與特性。下面，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這個(gè)評(píng)估系統(tǒng)。

文件下載：MAX30001EVSYS#.pdf

一、系統(tǒng)概述

MAX30001評(píng)估系統(tǒng)（EV系統(tǒng)）提供了一個(gè)單一平臺(tái)，用于評(píng)估MAX30001的生物電位和生物阻抗測(cè)量能力。該系統(tǒng)包括一個(gè)MAX30001評(píng)估套件（EV套件）和一個(gè)用于可穿戴設(shè)備的MAX32630FTHR Cortex - M4F微控制器。需要注意的是，MAX30002與MAX30001寄存器兼容，通過(guò)禁用ECG、PACE和R - to - R模塊，MAX30001就等同于MAX30002，因此該EV套件也可評(píng)估MAX30002的功能和性能。不過(guò)要明確，這個(gè)EV系統(tǒng)并非醫(yī)療設(shè)備。

二、系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 便捷的評(píng)估平臺(tái)

• 易于訪問(wèn)的測(cè)試點(diǎn)：眾多易于觸及的測(cè)試點(diǎn)，方便工程師進(jìn)行各種測(cè)試和測(cè)量。
• 電流測(cè)量：能夠測(cè)量各個(gè)電源電流，有助于對(duì)系統(tǒng)的功耗進(jìn)行精確分析。
• 安全的連接：采用防觸摸電纜連接器，保障操作安全。
• 兼容的軟件：配備與Windows 7/8/10兼容的GUI軟件，方便用戶操作。
• 即插即用：完全組裝和測(cè)試好，到手即可使用。
• 合規(guī)測(cè)試：有助于進(jìn)行IEC 60601 - 2 - 47合規(guī)測(cè)試。
• 低功耗設(shè)計(jì)：采用超低功耗設(shè)計(jì)，適合各種應(yīng)用場(chǎng)景。

2.2 系統(tǒng)內(nèi)容

• 評(píng)估套件：MAX30001 EV套件。
• 微控制器：MAX32630FTHR。
• 連接線纜：USB A到micro - USB電纜。
• 測(cè)量線纜：3條ECG電纜。

三、快速啟動(dòng)

3.1 所需設(shè)備

• MAX30001 EV套件
• MAX32630FTHR
• 微USB電纜
• 帶有USB端口的Windows PC

3.2 操作步驟

1. 確認(rèn)MAX32630FTHR以正確的方向牢固安裝在連接器J8和J7中。
2. 將EV套件硬件放置在非導(dǎo)電表面上，防止PCB上的元件短路。
3. 使用提供的USB電纜將EV套件硬件連接到PC。將micro - USB端連接到MAX32630FTHR板，A端連接到主機(jī)PC。連接后，MAX32630FTHR上的LED D1將閃爍紅色，EV套件板上的LED D1將變?yōu)榫G色。
4. Windows應(yīng)自動(dòng)開(kāi)始安裝必要的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。由于EV套件硬件的USB接口配置為HID設(shè)備，因此不需要獨(dú)特/自定義的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序安裝完成后，Windows系統(tǒng)圖標(biāo)菜單附近會(huì)出現(xiàn)一條消息，表明硬件已準(zhǔn)備好使用。在收到此消息之前，請(qǐng)勿嘗試運(yùn)行GUI。如果提前運(yùn)行，必須關(guān)閉應(yīng)用程序，待驅(qū)動(dòng)程序安裝完成后重新啟動(dòng)。在某些Windows版本中，可能需要管理員權(quán)限才能安裝USB設(shè)備。
5. 安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序后，下載最新的EV套件軟件（MAX30001EVKitSoftwareInstall.ZIP）并將其解壓到臨時(shí)文件夾。
6. 打開(kāi)解壓后的ZIP文件夾，雙擊.EXE文件運(yùn)行安裝程序。如果出現(xiàn)“無(wú)法驗(yàn)證發(fā)布者。您確定要運(yùn)行此軟件嗎？”的消息框，請(qǐng)選擇“是”選項(xiàng)。
7. 安裝程序GUI出現(xiàn)后，點(diǎn)擊“下一步”。選擇安裝路徑，并決定是否在桌面上創(chuàng)建快捷方式。提示時(shí)，按“安裝”。完成后，點(diǎn)擊“關(guān)閉”。
8. 雙擊快捷方式啟動(dòng)GUI?；蛘撸D(zhuǎn)到“開(kāi)始”|“所有程序”，找到MAX30001EVKitSoftware文件夾，點(diǎn)擊其中的MAX30001EVKitSoftware.EXE文件。
9. 初始啟動(dòng)畫面后，當(dāng)GUI出現(xiàn)時(shí)，GUI窗口底部狀態(tài)欄右側(cè)字段應(yīng)顯示“Hardware Connected”以及與EV套件關(guān)聯(lián)的COM端口。

四、軟件詳細(xì)描述

4.1 軟件啟動(dòng)

• 當(dāng)軟件打開(kāi)時(shí)，如果EV系統(tǒng)已連接，軟件首先初始化硬件以進(jìn)行通信，然后讀取設(shè)備寄存器并更新GUI上顯示的所有相關(guān)控制字段。GUI底部的狀態(tài)欄顯示MAX32630FTHR固件版本、GUI版本以及硬件關(guān)聯(lián)的COM端口。
• 如果啟動(dòng)時(shí)EV系統(tǒng)未連接，GUI啟動(dòng)畫面后會(huì)出現(xiàn)“Connection Issue”對(duì)話框。點(diǎn)擊“確定”打開(kāi)GUI的連接窗口。使用“Scan Ports”按鈕識(shí)別PC使用的所有COM端口，并在“COM Port”下拉菜單中選擇與EV套件硬件關(guān)聯(lián)的端口。即使在啟動(dòng)GUI之前已連接硬件，首次連接EV套件時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)此窗口。選擇正確的COM端口后，按GUI底部中心的“Connect”進(jìn)入主窗口，程序?qū)⒆x取所有設(shè)備寄存器并更新GUI的控制字段。

4.2 菜單欄功能

• 文件菜單：包含退出GUI程序的選項(xiàng)。
• 設(shè)備菜單：用于將EV系統(tǒng)連接或斷開(kāi)到GUI。如果在GUI打開(kāi)時(shí)斷開(kāi)板卡連接，GUI右下角將顯示“Hardware Not Connected”。重新插入設(shè)備后，用戶可以導(dǎo)航到設(shè)備菜單并選擇“Connect”。如果成功，GUI右下角將顯示“Device Connected”并顯示硬件連接的COM端口。
• 選項(xiàng)菜單：提供多個(gè)設(shè)置以訪問(wèn)GUI提供的更多功能。“Show MAX30001 Register Names”可將所有控制字段名稱更改為與數(shù)據(jù)手冊(cè)中的寄存器名稱對(duì)應(yīng)；“BioZ Milliohm Scale”可將BioZ繪圖的縮放配置為以毫歐顯示，以便更詳細(xì)地查看BioZ測(cè)量值；“Plots Maximum Time”允許用戶選擇繪圖上一次顯示的數(shù)據(jù)秒數(shù)，默認(rèn)最大時(shí)間為10秒；“Load Register Settings”可根據(jù)之前保存的寄存器設(shè)置快速設(shè)置GUI；“Save Register Settings”用于保存當(dāng)前寄存器設(shè)置，以便以后加載；“Show Advanced Tab”設(shè)置將在GUI中添加一個(gè)名為“Advanced”的額外選項(xiàng)卡。
• 日志菜單：提供導(dǎo)出設(shè)備正在測(cè)量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的方法。有四個(gè)日志選項(xiàng)：ECG File Log、R - To - R File Log、Pace File Log和BioZ File Blog。選擇任何日志選項(xiàng)會(huì)打開(kāi)一個(gè)提示，要求輸入逗號(hào)分隔值（CSV）日志文件的名稱以及保存生成文件的位置。數(shù)據(jù)記錄在“Plots”選項(xiàng)卡上按下“Start Monitor”時(shí)開(kāi)始，按下“Stop Monitor”時(shí)結(jié)束。一次監(jiān)控會(huì)話后，GUI會(huì)禁用日志記錄，需要通過(guò)日志菜單生成新文件來(lái)記錄下一組數(shù)據(jù)。
• 幫助菜單：包含有助于解決使用GUI時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題的信息?！癘nline Documentation”將用戶帶到與MAX30001相關(guān)的Maxim Integrated網(wǎng)站，該網(wǎng)站包含與該部件相關(guān)的所有文檔?！癆bout”選項(xiàng)顯示GUI啟動(dòng)畫面，告知用戶正在使用的GUI版本。

4.3 選項(xiàng)卡控制

• 主界面結(jié)構(gòu)：GUI的主界面由選項(xiàng)卡控制組成，每個(gè)選項(xiàng)卡包含與設(shè)備各個(gè)模塊相關(guān)的控件。更改這些交互式控件會(huì)觸發(fā)對(duì)MAX30001的寫入操作以更新寄存器內(nèi)容，同樣，從設(shè)備讀取時(shí)這些控件會(huì)刷新。
• 各選項(xiàng)卡功能
  • Home選項(xiàng)卡：提供MAX30001 EV套件功能和預(yù)設(shè)寄存器配置的概述。MAX30001框圖中的青色文本鏈接到GUI中該功能模塊的選項(xiàng)卡?？驁D下方有六個(gè)快速啟動(dòng)設(shè)置，可根據(jù)描述配置設(shè)備的寄存器。點(diǎn)擊左側(cè)框中所需的設(shè)置并點(diǎn)擊“Apply Settings”，MAX30001將寫入指定的配置。這些預(yù)設(shè)允許用戶快速驗(yàn)證EV套件的功能?！癎o To Plot Tab”按鈕將GUI切換到“Plots”選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡上點(diǎn)擊“Start Monitor”按鈕可啟動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)圖表。
  • ECG Channel選項(xiàng)卡：包含所有決定ECG測(cè)量通道信號(hào)處理行為的設(shè)置。ECG輸入通道的控件，如快速恢復(fù)設(shè)置、可編程放大器的增益和ADC采樣率，可在ECG通道框圖中找到。R - to - R框使用ECG輸入數(shù)據(jù)配置R - to - R檢測(cè)。
  • ECG MUX選項(xiàng)卡：配置ECG放大器和濾波器之前的內(nèi)部ECG開(kāi)關(guān)，還可訪問(wèn)IC的內(nèi)部校準(zhǔn)和驗(yàn)證功能。為了測(cè)量外部ECG信號(hào)，“Switches”塊中的“ECGP Switch”和“ECGN Switch”必須設(shè)置為“Connected”。如果使用校準(zhǔn)測(cè)試電壓，開(kāi)關(guān)應(yīng)設(shè)置為“Isolated”。建議將“Resistive Lead Bias Enable”設(shè)置為“ECG Bias”，“Resistive Bias Value”設(shè)置為100MΩ，“Positive Input Bias Enable”和“Negative Input Bias Enable”設(shè)置為“Connected”。
  • BioZ Channel選項(xiàng)卡：控制BioZ輸入MUX之后的BioZ組件的設(shè)置。與ECG Channel選項(xiàng)卡一樣，此選項(xiàng)卡上的控件配置設(shè)備BioZ通道的濾波器和放大器。
  • BioZ MUX選項(xiàng)卡：配置BioZ信號(hào)路徑之前的內(nèi)部BioZ開(kāi)關(guān)，也可訪問(wèn)IC的內(nèi)部校準(zhǔn)和驗(yàn)證功能。要使用BioZ通道，“Switches”塊中的“BIP Switch”和“BIN Switch”必須設(shè)置為“Connected”。如果使用內(nèi)部自測(cè)試功能，開(kāi)關(guān)應(yīng)設(shè)置為“Isolated”。作為BioZ自測(cè)試的一部分，DRVP和DRVN引腳上有一個(gè)電阻負(fù)載。點(diǎn)擊“Selectable Resistive Load”將GUI帶到“BioZ Load”選項(xiàng)卡。
  • BioZ Load選項(xiàng)卡：配置用于BioZ通道自測(cè)試的電阻負(fù)載。標(biāo)稱電阻和調(diào)制頻率由“Modulated Resistance Built - In - Self - Test (RMOD BIST)”塊中的“Nominal Resistance”和“Frequency”控件設(shè)置?！癛MOD BIST Enable”配置BioZ通道連接或斷開(kāi)電阻負(fù)載。
  • Pace Channel選項(xiàng)卡：配置起搏檢測(cè)的輸入通道。除了設(shè)置通道增益和檢測(cè)閾值外，此選項(xiàng)卡還可使用“Signal Selection”控件將輸入路徑中各個(gè)點(diǎn)的信號(hào)路由到AOUT。要啟用起搏檢測(cè)，BioZ MUX選項(xiàng)卡中的“BIP Switch”和“BIN Switch”必須設(shè)置為“Connected”。如果使用電流發(fā)生器同時(shí)測(cè)量BioZ和起搏，頻率必須為40kHz或80kHz。
  • Plots選項(xiàng)卡：?jiǎn)⒂肊CG和BioZ波形的實(shí)時(shí)監(jiān)控。默認(rèn)情況下，ECG和BioZ繪圖均可見(jiàn)。通過(guò)“Channel/Plot Enable”中的控件切換可更改顯示的繪圖。如果啟用ECG并禁用BioZ，繪圖區(qū)域?qū)⑼耆籈CG波形占據(jù)；如果啟用BioZ而禁用ECG，BioZ繪圖將最大化。當(dāng)兩個(gè)測(cè)量通道都啟用時(shí)，繪圖空間包含ECG和BioZ數(shù)據(jù)。R - to - R和起搏數(shù)據(jù)顯示在ECG繪圖中，R - to - R峰值檢測(cè)在R波峰值處用紅色圓圈表示，起搏數(shù)據(jù)在起搏信號(hào)的上升和下降斜率上顯示為青色箭頭。從R - to - R檢測(cè)中收集的心率信息可在繪圖區(qū)域下方的“Heart Rate (from R - to - R)”框中找到。
  • MicroSD Log選項(xiàng)卡：MAX30001 EV套件可以使用MAX32630FTHR的SD卡讀寫功能將日志數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到microSD卡并從中讀取。這允許在連接USB電纜或從PC主機(jī)斷開(kāi)USB并使用電池為EV套件供電時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。要使用SD卡，在啟動(dòng)GUI之前將卡插入MAX32630FTHR板底面的連接器CN2中。在“MicroSD Log”選項(xiàng)卡中配置SD卡記錄。GUI可以分別使用“Read”、“Write”和“Erase”按鈕保存、加載和清除存儲(chǔ)的寄存器配置設(shè)置。按下“Advanced”顯示按下“Write”時(shí)要寫入SD卡設(shè)置文件的當(dāng)前寄存器內(nèi)容。確認(rèn)寄存器配置后，在“ECG Channel Log Enable”框中選擇要保存的數(shù)據(jù)類型，然后按下“Write”將測(cè)量參數(shù)加載到SD卡。按下MAX32630FTHR板上的SW2開(kāi)始記錄，再次按下停止記錄。當(dāng)EV套件在記錄數(shù)據(jù)后重新連接到GUI時(shí)，SD卡中的數(shù)據(jù)可以保存到主機(jī)PC。按下“Save to File”打開(kāi)文件對(duì)話框，選擇記錄數(shù)據(jù)的保存位置和文件名。數(shù)據(jù)以CSV格式存儲(chǔ)。
  • Registers選項(xiàng)卡：提供對(duì)MAX30001內(nèi)部寄存器的更直接訪問(wèn)。從該選項(xiàng)卡可以讀取單個(gè)寄存器的內(nèi)容，并手動(dòng)輸入寫入操作所需的位設(shè)置。對(duì)于左側(cè)表中選擇的寄存器地址，其內(nèi)容顯示在選項(xiàng)卡底部，并可視化為粗體和非粗體位名稱。當(dāng)位為粗體時(shí)，其值為1；否則為0。每個(gè)位的完整描述可在“Bit Description”字段中快速參考。按下“Read”讀取選定的寄存器（以青色突出顯示），按下“Read All”讀取所有寄存器并更新“Registers”選項(xiàng)卡中的值。要寫入寄存器，通過(guò)點(diǎn)擊位名稱使其變?yōu)榇煮w或非粗體來(lái)設(shè)置所需的位值，然后按下“Write”?；蛘撸p擊選定行的“Value (Hex)”單元格手動(dòng)輸入值，然后按“Enter”鍵將值寫入設(shè)備寄存器。
  • Advanced選項(xiàng)卡：可通過(guò)“Options”工具條菜單訪問(wèn)。該選項(xiàng)卡提供與MAX30001的手動(dòng)通信，完全繞過(guò)GUI控件。在“Address”字段中以十六進(jìn)制值輸入寄存器地址。按下“ReadReg”按鈕從寄存器讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將填充到“Read Data”字段中。要寫入數(shù)據(jù)，在“Write Data”字段中輸入十六進(jìn)制值，然后按下“WriteReg”按鈕。“Command Line”顯示GUI發(fā)送到EV套件的格式化命令。

五、硬件詳細(xì)描述

5.1 硬件平臺(tái)

MAX30001 EV系統(tǒng)為評(píng)估MAX30001的生物電位和生物阻抗測(cè)量功能提供了單一平臺(tái)。電路板包含跳線、可選電阻和電容，可在多種條件下測(cè)試MAX30001。板載32.768kHz晶體振蕩器（U5）為IC提供FCLK，但也支持外部頻率生成。

5.2 跳線功能

文檔中詳細(xì)列出了各種跳線及其功能，例如J_ECGN、J_ECGP等跳線用于連接IC和EV套件的相應(yīng)引腳，不同的跳線位置可實(shí)現(xiàn)不同的電路連接和功能。

5.3 供電方式

• 外部供電：在跳線J_EXT_PWR的1 - 2位置安裝分流器，將EXT_PWR測(cè)試點(diǎn)連接到電路板的5V導(dǎo)軌。將電源輸出設(shè)置為+5V，禁用輸出，將正極連接到EXT_PWR，負(fù)極連接到AGND1，然后啟用電源。
• 通過(guò)MAX32630FTHR供電：在跳線J_SYS的1 - 2位置安裝分流器，將SYS節(jié)點(diǎn)連接到5V導(dǎo)軌。SYS調(diào)節(jié)USB電壓或直接連接到電池（如果存在）。MAX30001 IC從OVDD、AVDD和DVDD引腳接收電源，這些引腳可以通過(guò)MAX32630FTHR、外部測(cè)試點(diǎn)或可調(diào)LDO U2和U3供電。

5.4 測(cè)量配置

• 線路電阻：MAX30001 EV套件的ECG通道和BioZ通道允許用戶通過(guò)電阻R26和R27（BioZ）以及R29和R30（ECG）自定義線路電阻。默認(rèn)情況下，這些電阻為0Ω分流器，但可根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行更改。
• 濾波電容：電路板允許在ECG和BioZ線路上安裝外部低通濾波電容。電容C8和C25可分別為ECG和BioZ線路創(chuàng)建外部共模濾波器，C24、C29、C26和C28用于濾波ECGP、ECGN、BIP和BIN。濾波器的截止頻率由這些電容的值和輸入電阻R26、R27、R29和R30決定。
• 短路設(shè)置：電路板還允許通過(guò)跳線EP_EN和BP_BN分別短路ECGN和ECGP或BIN和BIP輸入。

5.5 具體測(cè)量

• ECG測(cè)量：EV套件出廠時(shí)配置為使用平衡電極測(cè)量ECG、R - to - R和BioZ信號(hào)。默認(rèn)情況下，ECG通道保持平衡。通過(guò)移除EN_UNBAL和EP_UNBAL上的分流器，ECGN和ECGP線路將分別包含一個(gè)51kΩ電阻和47nF電容并聯(lián)。
• BioZ測(cè)量：EV套件包含一個(gè)100Ω電阻用于驗(yàn)證BioZ配置。在RP和RN上安裝分流器將電阻連接到BioZ輸入，在DP_BP和DN_BN上安裝分流器將驅(qū)動(dòng)信號(hào)路由到BioZ通道。需要注意的是，電流發(fā)生器的默認(rèn)設(shè)置為FMSTR/64（約500Hz），BioZ通道有一個(gè)默認(rèn)截止頻率為1kHz的內(nèi)部高通濾波器。為了正確測(cè)量100Ω電阻，需要旁路或降低濾波器截止頻率，或者增加電流發(fā)生器頻率。
• 起搏檢測(cè)：要啟用起搏檢測(cè)，需要通過(guò)分流EN_BN和EP_BP將ECGN和ECGP線路連接到BIN和BIP，然后按照IC數(shù)據(jù)手冊(cè)中的描述配置設(shè)備寄存器?；蛘撸蓪P_BP和EN_BN保持開(kāi)放，分流J_BIP和J_BIN，直接在BIP和BIN輸入上測(cè)量起搏，同時(shí)允許在ECG通道上測(cè)量另一個(gè)信號(hào)，但這種配置下測(cè)量的起搏信號(hào)可能與ECG測(cè)量不對(duì)應(yīng)。

六、組件供應(yīng)商與訂購(gòu)信息

6.1 組件供應(yīng)商

文檔列出了多個(gè)組件供應(yīng)商及其網(wǎng)站，如Bourns、Epson、Kemet等。在聯(lián)系這些供應(yīng)商時(shí)，需表明正在使用MAX30001 EV套件。

6.2 訂購(gòu)信息

可通過(guò)聯(lián)系Maxim Direct（電話：1 - 888 - 629 - 4642）或訪問(wèn)Maxim Integrated的網(wǎng)站（www.maximintegrated.com）獲取定價(jià)、交付和訂購(gòu)信息。訂購(gòu)的部件為MAX30001EVSYS#（EV系統(tǒng)）。

MAX30001評(píng)估系統(tǒng)為電子工程師提供了一個(gè)全面、便捷的平臺(tái)，用于評(píng)估生物電位和生物阻抗測(cè)量功能。無(wú)論是從軟件的豐富功能還是硬件的靈活配置來(lái)看，都能滿足工程師在相關(guān)領(lǐng)域的測(cè)試和開(kāi)發(fā)需求。你在使用類似評(píng)估系統(tǒng)時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。