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经验总结:如何简化心率监测器模拟前端设计
(2025年1月18日更新)

保持身材的新年决心没有我想象的那么成功。和很多人一样,我一开始很热情,但可能会慢慢回到老样子。

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在我的一个实验中,我开始思考设计一个心率监测器来监测我自己的健康状况有多困难。我看到越来越多的便携式设备集成了患者的监测功能,目的是提前发现心脏异常来拯救生命。

大约三年前,德州仪器 (TI) 发布了ECG/EEG 模拟前端 ADS1298 生物电势设备模拟前端设计的产品系列变得更加简单。现在,更简单地说,我正在谈论右腿驱动 (RLD) 威尔逊中心终端设计 (WCT) 设计、导联脱落检测方法等。(已集成到芯片中,最大限度地减少电路板的占用空间 95%)。这种高集成度可以减少电路板占用的空间,使设计更小。结合极低功耗(在 1mW 本产品系列非常适合便携式应用。让我们更仔细地检查胸带心率监测器,看看设计模拟前端有多困难。

当心脏跳动时,它会产生一个小的电脉冲,主要频率成分的带宽很小 40Hz;振幅约为几毫伏。这种电脉冲可以是高精度的 ADC(如 ADS1291)无需任何外部增益级设置即可获得并进行数字化处理。因此,请记住,如果我们打开胸带的设计,我们会看到它被两个放置在胸部的电极简化,以标记一个导体(称为导体) I)。不需要使用第三个电极给健身爱好者或患者增加偏压。相反,我们使用不同的设计方法来确保输入在转换器范围内。输入是 AC 耦合可以从患者身上移除 DC 工作点。然后,我们抗电阻设置工作点。

我前面提到过,RLD 电极不需要驱动病人的四肢。相反,可以使用弱电阻器 RLD 电极在转换器的输入端设置偏置点。还有其他方法可以给输入增加偏压:可以使用电源或外部 LDO。事实上,只要能保证输入,任何源都是极其可用的 ADC 在运行范围内。

由于大多数信号成分的带宽较小,为 40H,所以可限制 ADC 有助于降低噪的数据速率。ADS1298 产品系列品系列数字滤波器 1/4 允许我们使用的数据速率 250SPS 甚至 500SPS 并仍能满足 1μVrms 转换器的噪声要求。

事实上,这就是你设计模拟前端所需要的一切 — 没什么太复杂的。先进的医疗设备或消费TI中国代理商类心率监测器甚至可以使用相同的模拟前端设计。ECG 设计的“内容”这取决于您如何使用数字处理中的数据。这是该系统的优点。在今后的文章中,我将更多地解释数字处理。请注意。

TI公司被热门关注的产品型号
REF3040:电源管理
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TPD6F002-Q1:接口
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TPS62420:电源管理
TI 具有 1 线接口、采用 QFN 封装的双路可调节 600mA 和 1000mA、2.25MHz 降压转换器
TPS54110:电源管理
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ADS8508:数据转换器
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SN54ABTH32245:逻辑和电压转换
TI 具有三态输出的 36 位总线收发器
TPS7A6650H-Q1:电源管理
TI 具有电源正常指示功能的汽车类 50mA、电池供电运行 (40V)、低 IQ、低压降稳压器
CC3130:无线连接
TI 具有共存性、WPA3 和 16 个 TLS 插槽的 SimpleLink Arm Cortex-M3 Wi-Fi 网络处理器
ISO7240C:隔离
TI 四通道、4/0、25Mbps 数字隔离器
PCM3120-Q1:音频
TI 汽车类、立体声、106dB SNR、768kHz、低功耗、软件控制的音频 ADC
TPS3838-Q1:电源管理
TI 具有手动复位功能的低电平有效、漏极开路、汽车类、毫微功耗监控器
TL7726:电源管理
TI 六路钳位电路
ADS7138-Q1:数据转换器
TI 具有 I2C、GPIO 和 CRC 的汽车类 8 通道、140kSPS、12 位模数转换器 (ADC)
ISO1042-Q1:隔离
TI 具有 70V 总线故障保护功能和灵活数据速率的汽车类隔离式 CAN 收发器
SN74LVC14A-Q1:逻辑和电压转换
TI 具有施密特触发输入的汽车类 6 通道 2V 至 3.6V 反相器
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