一种心率芯片防静电干扰电路及可穿戴设备的制作方法

本实用新型涉及生物信号检测设备技术领域，尤其涉及一种心率芯片防静电干扰电路，以及一种采用心率芯片防静电干扰电路的可穿戴设备。

背景技术：

可穿戴设备受到生活静电的影响较大。生活静电在佩戴设备、穿衣和脱衣的过程中非常容易发生。出于美观的考虑，可穿戴设备的充电接口通常设置在贴合人体皮肤的一侧，这种设计更容易引入人体静电。同时，可穿戴设备中的生理信号检测模块，尤其是其中的心率芯片，必须贴合皮肤才能准确检测，由充电接口引入的静电会直接影响到心率芯片的正常工作。尤其是在对充电接口进行ESD测试时，静电可能会导致心率芯片失效。

为解决这一问题，现有技术中通常采用以下两种防静电措施。第一是在充电接口上增加静电放电（ESD）器件，比如瞬态抑制二极管TVS，利用反向截止特性，在电路正常工作时保持截止；外界有静电时，二极管发生雪崩击穿而形成通路保护。第二是在充电接口上增加静电放电（ESD）器件的同时，增加PCB层叠数。比如采用一个完整的地覆铜，形成静电泄放路径。但是，由于可穿戴设备PCB器件布设比较密集，第一种方式的防静电效果有限，而第二种方式增加PCB层叠数后，PCB制作成本也会有较大增加，特别是采用FPC工艺时，成本增幅非常大。

技术实现要素：

为在不显著增加PCB成本和器件的情况下，有效提高可穿戴设备心率模块的防静电能力，本实用新型设计并公开一种心率芯片防静电干扰电路，以及一种采用心率芯片防静电干扰电路的可穿戴设备。

本实用新型提供的技术方案是，一种心率芯片防静电干扰电路，包括一端连接心率芯片的电源引脚，另一端接地的静电防护单元；静电防护单元中至少串联一个磁珠，静电防护单元的接地端设置在电源管理芯片一侧的主板上；电源管理芯片连接心率芯片。

为同时避免信号滤波电容受到静电干扰，优选的，静电防护单元包括第一隔离电路和第二隔离电路，第一隔离电路的一端连接心率芯片的电源引脚，另一端接地；第二隔离电路的一端通过滤波电容连接心率芯片的电源引脚，另一端接地；第一隔离电路和第二隔离电路的接地端设置在电源管理芯片一侧的主板上。

针对心率芯片AFE4420的优选设计, 第一隔离电路包括第一磁珠和第二磁珠，第一磁珠的一端连接心率芯片的第一电源引脚，另一端接地；第二磁珠的一端连接心率芯片的第二电源引脚，另一端接地。

为对心率芯片进行全面保护，第一电源引脚为心率芯片的发射端电源负极，第二电源引脚为心率芯片的接收端电源负极。

针对心率芯片AFE4420的优选设计, 第二隔离电路包括第三磁珠；滤波电容的正极连接心率芯片的第三电源引脚，第三磁珠的一端连接滤波电容的负极，另一端接地。

优选的，第三电源引脚为芯片的接口电源负极。

优选的，第一磁珠、第二磁珠和/或第三磁珠的阻值为100欧姆，测试频率为100MHz。

为进一步起到防护作用，保护心率芯片的工作不受干扰，还包括微处理器，所述微处理器连接所述心率芯片，所述微处理器生成并输出测试信号和/或重置信号至所述心率芯片。

心率芯片防静电干扰电路还包括电池，电池连接电源管理芯片；电源管理芯片配置于分配电池电能。

本实用新型所公开的心率芯片防静电干扰电路，通过增设静电防护单元，当充电接口受到静电干扰时，静电干扰会通过主板PCB敷铜GND泄放。心率芯片的电源引脚通过串联有磁珠的静电防护单元与静电泄放路径隔离，因此也进一步隔离了静电对心率芯片的干扰，提高了芯片工作的稳定性，使得心率芯片受到静电干扰的概率大大降低。

同时还公开一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括心率芯片防静电干扰电路，所述心率芯片防静电干扰电路包括一端连接所述心率芯片的电源引脚，另一端接地的静电防护单元；所述静电防护单元中至少串联一个磁珠，所述静电防护单元的接地端设置在电源管理芯片一侧的主板上；所述电源管理芯片连接所述心率芯片。

本实用新型所公开的可穿戴设备具有性能稳定的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所公开的心率芯片防静电干扰电路一种具体实施例的电路图；

图2为本实用新型所公开的可穿戴设备中的电路连接框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图2可穿戴设备中的电路连接示意框图。心率芯片200应用在可穿戴设备中。具体来说，心率芯片200是模拟前端光学生物传感器，集成有多个开关发光二极管和光电二极管，用于心率监测。监测信号可以通过多个信号相位以同步的方式采集并存储在心率芯片中以供接口读出。心率芯片200可以感测超小信号电平，因此容易受到其它电信号的影响。而常见的可穿戴设备的充电接口300通常设置在产品外壳的内侧，即靠近皮肤的一侧。当由于佩戴或者穿脱衣物产生静电时，人体静电会通过耦合或者接触的方式传递至充电接口处。与充电接口距离较近的，容易受到静电干扰的心率检测芯片会受到影响，无法正常工作甚至损坏。因此，本实施例中设计并公开一种心率芯片防静电干扰电路，以避免静电对心率芯片造成的不利影响。

具体来说，在本实施例中，如图1所示，防静电干扰电路包括一端连接所述心率芯片的电源引脚，另一端接地的静电防护单元；静电防护单元中至少串联一个磁珠（如图1所示B4，B5或B6），静电防护单元的接地端设置在电源管理芯片一侧的主板上。如图2所示，电源管理芯片100连接心率芯片200。电源管理芯片100用于分配电池电能，为心率芯片200供电。电源管理芯片100连接可穿戴设备中的电池500。电源管理芯片100的型号可以选用可穿戴设备中常见的电源管理芯片，如手环、智能手表中常用的电源管理芯片，在此不对电源管理芯片的型号等参数做进一步限定。静电防护单元中串联的磁珠，将心率芯片200的外围电路连接至相对安全的，电源管理芯片一侧的主板的接地端。当充电接口受到静电干扰时，静电干扰会通过主板PCB敷铜GND泄放。心率芯片的电源引脚通过串联有磁珠的静电防护单元与静电泄放路径隔离，因此也进一步隔离了静电对心率芯片的干扰，提高了芯片工作的稳定性，使得心率芯片受到静电干扰的概率大大降低。

参见图1所示，心率芯片优选采用Texas Instruments 公司的AFE4420模拟前端，AFE4420支持四个开关发光二极管（LED）和四个光电二极管，可以定义16个信号相位。采集的信号存储在可容纳128个采样信号的先入先出存储器中，先入先出存储器可以通过I2C或SPI接口读出。具体如图1所示，针对AFE4420心率芯片，静电防护单元包括第一隔离电路和第二隔离电路。其中第一隔离电路的一端连接所述心率芯片的电源引脚，另一端接地。所述第二隔离电路的一端通过滤波电容连接芯片的电源引脚，另一端接地。其中，第一隔离电路和第二隔离电路的接地端设置在电源管理芯片一侧的主板上。

更具体的说，针对AFE4420芯片，所述第一隔离电路包括第一磁珠B4和第二磁珠B5，所述第一磁珠B4的一端连接心率芯片的第一电源引脚TX_GND，另一端接地, 即电源管理芯片一侧的主板接地端。所述第二磁珠B6的一端连接心率芯片的第二电源引脚RX_GND，另一端接地, 即电源管理芯片一侧的主板接地端。所述第二隔离电路包括第三磁珠B5。滤波电容C121的正极连接所述心率芯片的第三电源引脚IO_SUP。所述第三磁珠B5的一端连接所述滤波电容C121的负极，另一端接地, 即电源管理芯片一侧的主板接地端。其中，第一电源引脚TX_GND为心率芯片的发射端电源负极，即5V电源负极。第二电源引脚RX_GND为心率芯片的接收端电源负极，即2.8V电源负极，第三电源引脚IO_SUP为芯片的接口电源引脚。根据心率芯片的使用环境不同，发射端电源电压可以在3V至5.5V之间调整，接收端电源电压可以在1.9V至3.6V之间调整；接口电源电压可以在1.7V至接收端电源电压之间调整。

在本实施例中，第一磁珠B4、第二磁珠B6和/或第三磁珠B5的阻值优选设置为100欧姆，测试频率为100MHz。

在本实施例所公开的心率芯片防静电干扰电路中，第一磁珠B4、第二磁珠B6和第三磁珠B5分别为5V电源负极、2.8V电源负极和1.8V电源引脚的滤波电容负极的接地串联磁珠。这样，心率芯片及其外围容易受到静电干扰的敏感电源及信号滤波电容均通过串联磁珠的方式连接到相对安全的主板接地端。当充电接口受到静电干扰时，静电干扰会通过PCB敷铜GND泄放。由于心率芯片的电源负极通过串联磁珠与静电泄放路径隔离，进一步隔离了静电对心率芯片的干扰，提高了芯片工作稳定性，使得芯片受到静电干扰的概率大大降低。

参见图2所示，心率芯片连接微处理器400。微处理器400输出电信号至心率芯片200以实现心率芯片的心率监测功能。为进一步起到防护作用，保护心率芯片的工作不受干扰，微处理器400还输出测试信号至心率芯片200。如果未受到静电影响，心率芯片200将生成并输出响应信号至微处理器400。如果受到静电影响，心率芯片200无法生成响应信号，微处理器400即生成并输出重置信号心率芯片200。这样，即使是心率芯片受到静电干扰，也会在短时间内接收到微处理器生成并发送的重置信号，重启恢复工作。

当充电接口引入人体静电时，本实用新型所公开的心率芯片防静电干扰电路能够自我保护避免心率芯片受到干扰或者受到静电损坏，电路中无需增加PCB层数，很好地控制了电路成本。本实用新型具有实用性好的优点。

本实用新型同时公开了一种可穿戴设备，采用上述实施例所公开的心率芯片防静电干扰电路。可穿戴设备包括但不限于耳机、智能手环、智能手表、智能戒指、智能脚环和智能头戴中的至少一种。心率芯片防静电干扰电路的具体技术方案请参见上述实施例的详细描述以及说明书附图的详细记载，在此不再赘述。设置有上述心率芯片防静电干扰电路的可穿戴设备可以实现同样的技术效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。