資料介紹
我保持身形的新年決心并未像我希望的那樣成功。和許多人一樣,我在開始時熱情萬丈,但可能會慢慢回到老樣子。
在我的一個試驗中,我開始思考設計一款心率監(jiān)測器來監(jiān)測我自己的健康狀況究竟會有多難。我看到越來越多的便攜式設備集成了患者監(jiān)護功能,它們這樣做的目的是提前發(fā)現(xiàn)心臟異常情況來挽救生命。
大約三年前,德州儀器 (TI) 發(fā)布了ECG/EEG 模擬前端ADS1298產品系列,旨在使用于生物電勢設備的模擬前端設計變得更簡易一些?,F(xiàn)在,更簡單一點兒說,我在談論右腿驅動 (RLD) 設計、威爾遜中心終端 (WCT) 設計、導聯(lián)脫落檢測方法等(已被集成到芯片中,使電路板占用空間最多可縮減 95%)。這種高集成度可減少電路板占用空間,使設計更加小巧。結合極低的功耗(在 1mW 以下),該產品系列真的非常適合便攜式應用。讓我們更仔細地審視一下胸帶心率監(jiān)測器,看看設計模擬前端有多大難度。
當心臟搏動時,它會產生一種很小的電脈沖,主要頻率成分的帶寬較小,為40Hz;振幅大約為幾毫伏。這種電脈沖可由高精度 ADC(如ADS1291)獲得并進行數(shù)字化處理,無需任何外部增益級設置。因此請謹記,如果我們拆開胸帶的設計,我們會看到,它被兩個放置在胸前的電極進行了簡化,為的是標明單個導聯(lián)(稱為導聯(lián) I)。無需使用第三個電極來給健身愛好者或患者加偏壓。相反,我們使用了不同的設計方法,以確保輸入在轉換器的范圍之內。輸入是 AC 耦合式的,可以便從患者身上移除 DC 工作點。然后,我們用高阻抗電阻器來設置工作點。
我前面已提到,RLD 電極無需驅動患者肢體。相反,通過弱電阻器,可用 RLD 電極在轉換器的輸入端設置偏置點。還有其它給輸入加偏壓的方法:可使用電源或外部 LDO。事實上,任何源極均可使用,只要它能確保輸入在 ADC 的運行范圍內即可。
由于大多數(shù)信號成分的帶寬都較小,為 40H,所以可限制 ADC 的數(shù)據速率,以幫助調低噪聲。ADS1298產品系列的數(shù)字濾波器可限制 1/4 的數(shù)據速率,這就允許我們使用 250SPS 甚至 500SPS 并仍能滿足 1μVrms 轉換器的噪聲要求。
其實,這就是您為設計模擬前端所需要的一切 — 沒有什么太復雜的。高級醫(yī)療設備或消費類心率監(jiān)測器甚至可使用相同的模擬前端設計。ECG 設計的“內容”取決于您如何利用數(shù)字處理中的數(shù)據。這是該系統(tǒng)的出色之處。在今后的文章中,我將對數(shù)字處理多作一些解釋,敬請關注。
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在我的一個試驗中,我開始思考設計一款心率監(jiān)測器來監(jiān)測我自己的健康狀況究竟會有多難。我看到越來越多的便攜式設備集成了患者監(jiān)護功能,它們這樣做的目的是提前發(fā)現(xiàn)心臟異常情況來挽救生命。
大約三年前,德州儀器 (TI) 發(fā)布了ECG/EEG 模擬前端ADS1298產品系列,旨在使用于生物電勢設備的模擬前端設計變得更簡易一些?,F(xiàn)在,更簡單一點兒說,我在談論右腿驅動 (RLD) 設計、威爾遜中心終端 (WCT) 設計、導聯(lián)脫落檢測方法等(已被集成到芯片中,使電路板占用空間最多可縮減 95%)。這種高集成度可減少電路板占用空間,使設計更加小巧。結合極低的功耗(在 1mW 以下),該產品系列真的非常適合便攜式應用。讓我們更仔細地審視一下胸帶心率監(jiān)測器,看看設計模擬前端有多大難度。
當心臟搏動時,它會產生一種很小的電脈沖,主要頻率成分的帶寬較小,為40Hz;振幅大約為幾毫伏。這種電脈沖可由高精度 ADC(如ADS1291)獲得并進行數(shù)字化處理,無需任何外部增益級設置。因此請謹記,如果我們拆開胸帶的設計,我們會看到,它被兩個放置在胸前的電極進行了簡化,為的是標明單個導聯(lián)(稱為導聯(lián) I)。無需使用第三個電極來給健身愛好者或患者加偏壓。相反,我們使用了不同的設計方法,以確保輸入在轉換器的范圍之內。輸入是 AC 耦合式的,可以便從患者身上移除 DC 工作點。然后,我們用高阻抗電阻器來設置工作點。
我前面已提到,RLD 電極無需驅動患者肢體。相反,通過弱電阻器,可用 RLD 電極在轉換器的輸入端設置偏置點。還有其它給輸入加偏壓的方法:可使用電源或外部 LDO。事實上,任何源極均可使用,只要它能確保輸入在 ADC 的運行范圍內即可。
由于大多數(shù)信號成分的帶寬都較小,為 40H,所以可限制 ADC 的數(shù)據速率,以幫助調低噪聲。ADS1298產品系列的數(shù)字濾波器可限制 1/4 的數(shù)據速率,這就允許我們使用 250SPS 甚至 500SPS 并仍能滿足 1μVrms 轉換器的噪聲要求。
其實,這就是您為設計模擬前端所需要的一切 — 沒有什么太復雜的。高級醫(yī)療設備或消費類心率監(jiān)測器甚至可使用相同的模擬前端設計。ECG 設計的“內容”取決于您如何利用數(shù)字處理中的數(shù)據。這是該系統(tǒng)的出色之處。在今后的文章中,我將對數(shù)字處理多作一些解釋,敬請關注。
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