TI常见的模数转换器芯片详解(一):ADS1298

2013-01-06 09:52:47来源: 互联网

ADS1298模数转换器介绍

ADS1298是(ACTIVE) 具有集成 ECG 前端的 8 通道 24 位模数转换器,主要用于心电图 (ECG)监控中。

ADS1294/6/8/4R/6R/8R是多通道,同步采样,24位,三角积分(ΔΣ)模数转换器(ADC)系列产品,此产品具有内置的可编程增益放大器(PGA),内部基准,和一个板载振荡器。 ADS1294/6/8/4R/6R/8R包含了所有医疗心电图(ECG)和脑电图(EEG)应用所通常要求的所有特性。

借助于其高水平的集成和出色的性能,ADS1294/6/8/4R/6R/8R系列产品可以用大大减小的尺寸,功率,和总体成本来开发可扩展的医疗仪器。

ADS1294/6/8/4R/6R/8R在每通道上有一个灵活输入复用器,此复用器可独立连接至用于测试,温度,和持续断线检测的内部生成信号。 此外,可选择输入通道的各种配置生成右腿驱动器 (RLD) 输出信号。 ADS1294/6/8/4R/6R/8R运行数据速率最高可达32KSPS,因此可实现软件PACE检测。 可通过上拉/下拉电阻器或激磁电流源极/汲极为该器件内部实施持续断线检测。 3个集成的放大器生成标准12引线ECG所需的威尔逊(Wilson)中心终端(WCT)和高德伯格(Goldberger)中心终端(GCT)。 ADS1294R/6R/8R版本包括一个完全集成的,呼吸阻抗测量功能。

多个ADS1294/6/8/4R/6R/8R器件可使用菊花链配置级联在高通道数量系统中。

封装选项包括微小型 8mm × 8mm ,64焊球 BGA与TQFP-64封装。 ADS1294/6/8 BGA版本商用额定温度范围为0°C至+70°C。 ADS1294R/6R/8R BGA和ADS1294/6/8 TQFP版本工业用额定温度范围是–40°C至+85°C。

特性

8个低噪音PGA和8个高分辨率ADC(ADS1298, ADS1298R)

低功耗:每通道 0.75 mW

输入参考噪声:4μVPP(150Hz BW, G = 6)

输入偏置电流:200pA

数据速率:250SPS至32kSPS

CMRR:–115dB

可编程增益:1,2,3,4,6,8或者12

支持AAMI EC11,EC13,IEC60601-1,IEC60601-2-27,和IEC60601-2-51标准

单极或双极电源

AVDD = 2.7V至5.25V,DVDD = 1.65V至3.6V

内置右腿驱动放大器,检测,WCT,PACE检测,测试信号

集成的呼吸阻抗测量(只适用于ADS1294R/6R/8R)

数字PACE检测功能

内置振荡器与参考

灵活的断电,待机模式

串行外设接口(SPI)- 兼容串口

运行温度范围:

–40°C至+85°C

1.jpg

图1:TI的8通道、24位集成式模拟前端器件ADS1298的平面图。在这个8mmx8mm的裸片上集成了43个独立IC的功能。

再深入一点,图2显示了ADS1298 的SEM横截面。从图中可以看出,ADS1298使用了鲁棒性、高良率的0.35um 4层铝Bi-CMOS工艺。Bi-CMOS工艺和低噪声双极放大器成就了ADS1298的低功耗和低噪声性能。

2.jpg

图2:TI ADS1298芯片的SEM横截面图,图中显示使用了成熟的、高良率且可靠的4层铝0.35um工艺。

TI 的ADS1298 采用 8 个通道的 PGA 以及一个单独的 24 位 Δ-Σ ADC;威尔逊中心终端、功能增强的戈德伯格终端及其放大器,实现了完全标准的 12 导 ECG 集成模拟前端。与分立实施相比,ADS1298 缩减了组件数并降低了高达 95% 的功耗,每通道仅需 1mW 的功效,同时客户还可获得最高级别的诊断准确度 。

ECG 系统功能与发展

ECG 机的基本功能包括 ECG 波形显示(通过 LCD 显示屏或印刷纸媒质显示)、心跳律动指示以及通过按钮控制的简单用户界面。越来越多的 ECG 产品要求具备更多的功能,例如通过便携式媒体存储电子病历、无线/有线传输以及在具有触摸功能的大型 LCD 显示屏上显示 2D/3D 图像。多级诊断功能正在帮助没有受过专门 ECG 培训的医护人员掌握 ECG 模式及某些心脏病的信号指示。在采集并数字化 ECG 信号之后,将发送这些信号以进行显示和分析,其中包括进一步的信号处理。

信号采集挑战:

大的直流偏移和多种干扰信号的出现会导致 ECG 信号的测量面临挑战。典型电极的电压最高可达 300mV。干扰信号包含来自电源的 50/60Hz 干扰、病人活动导致的运动伪影、电外科设备、除颤脉冲、起搏器脉冲及其它监控设备等引起的射频干扰。

ECG 内所需的准确度会随终端设备的变化而有所不同:

标准监控设备需要 0.05-30Hz 之间的频率

诊断设备需要 0.05-1000Hz 之间的频率

可以借助能消除两输入端 AC 线常见噪声的高输入阻抗仪表放大器 (INA) 抵消一些 50Hz/60Hz 共模干扰。为了进一步消除输电线供电噪声,信号凭借放大器通过右腿被反向并向病人驱回。只需少许微电流甚至更少即可实现显著的 CMR 改进并保持在 UL544 限制之内。此外还会使用 50/60Hz 数字陷波滤波器进一步降低干扰。

模拟前端选项:

优化功耗和模拟前端的 PCB 面积对于便携式 ECG 而言非常关键。技术改进后,当前提供了多种前端选项:

使用低分辨率 ADC(需要所有滤波器)

使用高分辨率 ADC(需要较少滤波器)

使用 Σ-Δ ADC(无需滤波器、除 INA 之外的放大器、直流偏移)

使用顺序和同步采样方法。

使用低分辨率(16 位)ADC 时,信号需要被显著增益(增幅通常为 100–200 倍)以达到必要的分辨率。使用高分辨率(24 位)Σ-Δ ADC 时,信号需要 4–5 倍的适度增益。因此可以除去消除直流偏移所需的第二增益级和电路。这将实现面积与成本上的整体缩减。Σ-Δ 方法还将保留信号的整个频率内容,并为数据后期处理提供充分的灵活性。

借助顺序方法,创建 ECG 引线的单个通道可被复用到一个 ADC。这样一来,相邻通道间必然会存在偏移。借助同步采样方法即可将专用 ADC 用于每个通道,因此通道之间不存在前面提及的偏移。

关键字:TI  模数转换器  芯片  ADS1298

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0106/article_17880.html
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