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内心感言:如何简化用于心率监测器的模拟前端设计

作者:时间:2016-10-16来源:网络收藏

我保持身形的新年决心并未像我希望的那样成功。和许多人一样,我在开始时热情万丈,但可能会慢慢回到老样子。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201610/308162.htm

在我的一个试验中,我开始思考设计一款来监测我自己的健康状况究竟会有多难。我看到越来越多的便携式设备集成了患者监护功能,它们这样做的目的是提前发现心脏异常情况来挽救生命。

如何简化用于心率监测器的模拟前端设计

大约三年前, (TI) 发布了ECG/EEG 模拟前端 ADS1298 产品系列,旨在使用于生物电势设备的变得更简易一些。现在,更简单一点儿说,我在谈论右腿驱动 (RLD) 设计、威尔逊中心终端 (WCT) 设计、导联脱落检测方法等(已被集成到芯片中,使电路板占用空间最多可缩减 95%)。这种高集成度可减少电路板占用空间,使设计更加小巧。结合极低的功耗(在 1mW 以下),该产品系列真的非常适合便携式应用。让我们更仔细地审视一下胸带,看看设计模拟前端有多大难度。

当心脏搏动时,它会产生一种很小的电脉冲,主要频率成分的带宽较小,为 40Hz;振幅大约为几毫伏。这种电脉冲可由高精度 ADC(如 ADS1291)获得并进行数字化处理,无需任何外部增益级设置。因此请谨记,如果我们拆开胸带的设计,我们会看到,它被两个放置在胸前的电极进行了简化,为的是标明单个导联(称为导联 I)。无需使用第三个电极来给健身爱好者或患者加偏压。相反,我们使用了不同的设计方法,以确保输入在转换器的范围之内。输入是 AC 耦合式的,可以便从患者身上移除 DC 工作点。然后,我们用高阻抗电阻器来设置工作点。

我前面已提到,RLD 电极无需驱动患者肢体。相反,通过弱电阻器,可用 RLD 电极在转换器的输入端设置偏置点。还有其它给输入加偏压的方法:可使用电源或外部 LDO。事实上,任何源极均可使用,只要它能确保输入在 ADC 的运行范围内即可。

由于大多数信号成分的带宽都较小,为 40H,所以可限制 ADC 的数据速率,以帮助调低噪声。ADS1298 产品系列的数字滤波器可限制 1/4 的数据速率,这就允许我们使用 250SPS 甚至 500SPS 并仍能满足 1μVrms 转换器的噪声要求。

其实,这就是您为设计模拟前端所需要的一切 — 没有什么太复杂的。高级医疗设备或消费类甚至可使用相同的。ECG 设计的“内容”取决于您如何利用数字处理中的数据。这是该系统的出色之处。在今后的文章中,我将对数字处理多作一些解释,敬请关注。



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