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硬件结构

ECG 输入部 · 患者隔离 · 保护 · 电源 · 电路板构成 — 以 2026-10-11 开发启动版(rev3)为准,模块级概要

本页将设计文档按模块缩略整理而成。未收录电阻·电容值、连接表和元器件清单。每个条目的状态用下列标记区分。

已确定 已作为规格确定的内容 设计默认值 附有依据而定,但尚未确定的内容 未确认 尚未通过数据手册·原文确认的内容

1. 出发点 — 已确定的规格

本设备会接触人体。因此以患者接触部的隔离和漏电流作为设计的出发点。开发优先级依次为 ① 可靠性·患者保护 → ② 新技术·先进化 → ③ 售后服务·维护·今后升级。

项目内容状态
用途家用 · 银发产业 · 个人监测,具备 Holter/趋势记录功能。不是重症·轻症·手术用监护仪已确定
电极基本 5 电极(RA · LA · LL · RL + 胸部 1 个)。胸部电极用开关选择 V1 / V5 并在屏幕上显示已确定
选配全部接入 C1~C6 共 6 个的 12 导联已确定
lead III不是计算(II−I),而是直接测量已确定
ECG 芯片TI AFE159RP8 — 条件是通过详细数据手册确认量产状态已确定
SpO2TI AFE4490 自研电路,透射式夹式探头。数值为「参考值·未校准」已确定
处理部NXP i.MX 95已确定
脉冲电阻位置不放在导联线上,而放在电路板上已确定
电源仅靠电池连续工作 24 小时。电池 2 块,更换时也不中断(热插拔)。AC 电源始终连接已确定
散热 · 噪声默认无风扇。不得有可听噪声已确定
充电中测量两级解除 — 保持联锁 → 充电中漏电·噪声实测通过 → 解除已确定
模拟器外置电池式,1 V p-p 输出,在主机内 1000:1 分压,在输入端进行 sim ↔ signal 切换已确定
Respiration · NIBP两者均为 +选配。Respiration 使用 ECG 芯片内置功能(「参考值」),NIBP 预留模块位置已确定
安全 MCUTI RM44L920。目前先专注于制作(应用时间未定)已确定

2. 整体框图

患者岛 (浮地 · 患者接触部) 隔离边界 · 8 mm 无铜区 + 开槽 二次侧 (非患者侧) 电极插座 DIN 42802 RA LA LL RL + C (V1/V5) C1~C6 (选配盖板) 输入保护 3 级 ① 脉冲电阻(电路板) ② 气体放电管 ③ 钳位·RC 每个电极相同构成 sim ↔ signal 闭锁继电器 SIM 输入 1000:1 分压 AFE159RP8 U1 基本 AFE159RP8 U2 12 导联选配 SpO2 夹式探头 → AFE4490 独立分区 · 探头也视为应用部分 RLD 驱动 · WCT · 保护环 导联脱落 · 起搏判定(芯片内置) 岛电源 — UCC12050 二次侧 → 低噪声 LDO AFE159RP8 模拟 · AFE4490 接收/发送(LED) · 隔离器岛侧 金属外壳不与岛地相连 外壳–岛之间 1 MOPP 以上(目标 2 MOPP) ISO7762 ECG ×2 ISO7762 SpO2 ×1 UCC12050 隔离电源 NXP i.MX 95 M7 实时内核:采集 经隔离 SPI 接收样本 屏幕 · 报警 · 记录 V1 / V5 滑动开关 GPIO 2 线读取 · 不跨越隔离 10.1″级面板 · 触摸 背光电流调光 GbE 2ch · Wi-Fi/BT USB 离线 · OTA 主电源部 适配器 · 电池 2 组 · 降压

绿色 = 患者岛,黄色带 = 隔离边界,紫色 = 二次侧,橙色 = 电源。橙色虚线芯片为 12 导联选配。跨越边界的器件只有隔离器(ISO7762)和隔离电源(UCC12050)的封装。

3. ECG 输入部

芯片构成 — 两颗 AFE159RP8 设计默认值

基本 5 电极由 U1 一颗承担。U1 负责 I · II · III(直接) · V(= C − WCT) · calib 通道以及起搏判定、RLD 驱动、呼吸(选配)。12 导联选配由 U2 负责 V1~V6 和单独的 calib,以及用于芯片间校验的 II 通道。

采用两颗芯片的原因在于通道数。若用一颗 8 通道芯片做 12 导联,仅 I · II · V1~V6 就已占满,已确定规格中的 lead III 直接测量和 calib 就没有位置了。

12 导联选配扩展方式 设计默认值

V1 / V5 开关 已确定(选择·显示) · 实现方式 设计默认值

连接器 · 屏蔽

导联脱落 · 起搏

4. 输入保护

每个信号电极都设置相同的 3 级保护链。按照已确定规格,脉冲电阻不在导联线上,而在电路板上。

① 脉冲电阻吸收高压脉冲能量,ESD 第一道防线。分成两段以降低单个电阻承受的电压
→
② 气体放电管将中间节点压到岛地以保护后级
→
③ 限流 + 钳位用电阻限制电流,并用低漏电二极管将电压钳在芯片电源范围内
→
RC → AFE将外部钳位与芯片内部 ESD 二极管分开,限制 EMI 频带

5. 患者隔离

患者岛电极 · 保护 · AFE159RP8 · AFE4490 · 岛 LDO。接地浮空(浮地)的区域,一整块岛地平面
⇄
隔离边界所有层 8 mm 无铜区 + 开槽
跨越的器件:ISO7762DW (ECG ×2, SpO2 ×1), UCC12050
⇄
二次侧i.MX 95 板、主电源部、屏幕、通信

6. 电源结构

医用适配器24 V, 2×MOPP
(GSM90B24)
→
eFuseTPS26630
反极性 · 过压 · 过流
→
电源路径 · 充电LTC1760
AC 优先,停电时两组电池同时放电,两组电池充电
→
降压 2 个LT8640S ×2
5 V · 3.3 V
电池组 A · BRRC2054-2 (4S) ×2,热插拔 设计默认值
负载i.MX 95 SoM · 面板 · LP8866S 背光 · 外围
患者岛电源UCC12050 → 岛内 LT3042 ×4 + TPS7A2030
常备电源TPS70933 · LTC2955(按键·AC 恢复自动开机) · 联锁逻辑

电源保护 — 分级概念

消除可听噪声 已确定(目标) · 方法 设计默认值

24 小时电池 · 无风扇

最大的警告 — 将患者岛功耗连同隔离器·LDO 自身电流一并重新计算后,停电模式平均功耗非常接近寿命末期电池组的 24 小时极限(计算余量 2~3 %)。因此首先进行 24 小时实测。

7. 电路板构成

区域主要模块
患者岛电极插座 · 3 级输入保护 · sim↔signal 继电器 · AFE159RP8 ×2(U2 为 12 导联选配) · SpO2 AFE4490(独立分区) · RLD/WCT/保护环 · 岛 LDO
隔离边界ISO7762DW ×3(ECG 2, SpO2 1) · UCC12050 · 8 mm 无铜区 + 开槽
处理部NXP i.MX 95 SoM — M7 实时内核采集样本,SoM 负责屏幕·报警·记录 · 安全 MCU RM44L920 位置(应用时间未定)
屏幕10.1″级面板 · 电容式触摸 · LP8866S 背光(电流调光)
通信 · 更新GbE 2ch · Wi-Fi/BT(SoM 内置) · USB 离线 + 互联网 OTA
电源部医用适配器 · eFuse · LTC1760 · 电池组 2 个(热插拔) · LT8640S ×2 · 常备电源 · 联锁
选配位置12 导联(C1~C6) · Respiration(ECG 芯片内置) · NIBP 模块

8. 设计演变

经过 2026-09-24 第 1 版硬件设计,由于 2026-10-11 的规格升级决定,主要器件发生了变化。

项目第 1 版设计 (2026-09-24) 以前开发启动版 (2026-10-11)
ECG 芯片TI ADS1298TI AFE159RP8 ×2 已确定(芯片)
电极4 个(RA · LA · LL + RL)基本 5 电极 + V1/V5 开关,12 导联选配 已确定
除颤保护未设计(以标注禁止同时使用为前提)加入 3 级保护 设计默认值
处理部考虑 i.MX 8M Plus 或 RK3588 + 独立采集 MCUNXP i.MX 95(由 M7 实时内核采集) 已确定
屏幕考虑 10.5″ FHD~2K10.1″级 已确定
电池18650 2S 系列电池浮充电源电池组 2 个热插拔,目标 24 小时 已确定 · 4S 电池组 设计默认值
沿用的部分患者岛 + UCC12050 · ISO7762DW 隔离,8 mm 无铜边界,开关电源同步与关闭扩频,AFE4490 SpO2,外部模拟器 1000:1 分压输入

9. 仍未确认的事项 · 下一步实测