集成模擬前端子系統(tǒng)ADAS1000簡化診斷級ECG應用設計
在不久前于舊金山召開的2011年度國際固態(tài)電路會議上，與會專家紛紛指出電子技術將協(xié)助推動醫(yī)療護理體系由醫(yī)院擴大至居家，降低相關成本并提升民眾生活質量，而新一代處理器、無線技術、 電池 技術與數(shù)據(jù)采集技術的結合將是實現(xiàn)這樣轉變的必要條件。
作為在現(xiàn)代醫(yī)療應用中發(fā)揮極其重要作用并獲廣泛使用的檢測設備，心電圖（ECG）設備一直在見證這樣的轉變。心電圖之父 Willem Einthoven 一百多年前發(fā)明第一臺真正意義上的心電圖設備時，龐大而笨重，需要很多人參與操作才能實現(xiàn)一次心電圖檢測。而今天，高性能12導聯(lián)的心電圖儀已經(jīng)可以輕松裝入口袋之中。
作為全球領先的高性能信號處理解決方案供應商及醫(yī)療設備行業(yè)的長期供應商，ADI 公司近日推出支持 ECG 系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)護級和診斷級性能的全集成 AFE（模擬前端）系列芯片的首款產(chǎn)品 ADAS1000，能夠測量 ECG 信號、胸阻抗、起搏檢測、導聯(lián)連接/脫落狀態(tài)，并將此信息以數(shù)據(jù)幀的形式輸出，以可編程數(shù)據(jù)速率提供導聯(lián)/矢量或電極數(shù)據(jù)。ADAS1000的推出再次續(xù)寫了心電圖設備小型化、高性能的發(fā)展趨勢。
ADAS1000 讓 ECG 設計變得如此簡單
圖1是 ECG 設計的一個單導聯(lián) ECG 系統(tǒng)簡化系統(tǒng)功能框圖。如果采用分立器件實現(xiàn) ECG 設計，在模擬前端部分，每個導聯(lián)都需要實現(xiàn)圖中保護電路、緩沖、放大及濾波、ADC 等功能電路模塊。工程師獨立完成該系統(tǒng)設計將是一個極具挑戰(zhàn)性的工作：首先，分立器件的選擇需要參考眾多的性能指標，包括濾采樣速率、帶寬、噪聲，等等；為使 ECG 測量輸出信息可用，必須保證通道之間的一致性；前端信號調理電路與 ADC 之間的匹配；眾多的調試點，調試工作量巨大……事實上，除了圖中所示的基本功能模塊外，用戶的設計工作可能還包括：構建 RFI 濾波器以減少諸如手機、廣播等的無線干擾；選擇合適的阻容器件設定恰當?shù)臑V波頻率；對敏感器件增加靜電屏蔽罩以避免 ESD 干擾，使產(chǎn)品滿足 IEC 相關標準要求。
ECG 系統(tǒng)框圖（單導聯(lián)）
采用 ADAS1000 集成模擬前端，上述問題都有效回避！所有的前端信號處理都在單芯片內部實現(xiàn)，用戶所需要完成的僅僅是按照系統(tǒng)設計需求，通過數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)關鍵寄存器的設置。電路設計變得如此簡化，只需使用幾顆貼片阻容器件即可，可以大大地縮短 ECG 系統(tǒng)設計時間，而模擬前端部分的調試點也從以前分立解決方案的幾十個減少到現(xiàn)在的幾個，從而讓系統(tǒng)調試變得非常簡單，加快產(chǎn)品面市。
高集成度使 ADAS1000 心電圖模擬前端的信號鏈材料清單明顯縮減，從原來的多達50個器件減少到只需單芯片 ADAS1000 外加幾個分立器件，極大的簡化了多電極 ECG 系統(tǒng)的設計。圖3是完整的 ADAS1000 評估板，其中紅框中的電路是多通道 ECG 模擬前端部分，該電路中采用了兩塊 ADAS1000 芯片（為簡化測試結果的顯示，其中一塊未貼片）以實現(xiàn)多導聯(lián)擴展。從圖中可以看到電路非常干凈（為方便測試，電路中增加了額外器件和布局考慮）。
ADAS1000內部功能框圖
ADAS1000 還能支持 ECG 的無縫擴展。ADAS1000 很好地解決了通道間的一致性問題，針對更多導聯(lián)的應用需求，您可以靈活地利用多塊 ADAS1000 輕松實現(xiàn)系統(tǒng)的擴展，高一致性讓信號看起來就像來自同一塊芯片，幾乎不增加系統(tǒng)的開發(fā)和調試難度。
ADAS1000 的其它主要特性和優(yōu)勢包括：直流耦合通道方案具有簡化輸入切換、增加功能、降低功耗和獨特的后處理優(yōu)勢；5個 ECG 電極測量的工作功耗僅19mW，可以方便地禁用任何不用的通道或特性，使一個導聯(lián)的最低功耗僅11mW；低噪聲性能（0.05 Hz至150 Hz范圍內10 µV峰峰值）支持終端設備監(jiān)管標準；提供不同的數(shù)據(jù)幀速率（2kHz、16kHz、128kHz），最大程度地簡化數(shù)據(jù)采集任務；能夠簡化整體設計，去除許多分立器件，并縮減系統(tǒng)整體尺寸、降低功耗、縮短開發(fā)時間。該器件還集成了起搏器脈搏檢測和呼吸測量功能，這些特性對于高性能 ECG 系統(tǒng)至關重要。
