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经验总结:如何简化心率监测器模拟前端设计
(2024年9月8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
OPA2353:放大器
TI Dual, 5.5-V, 44-MHz, low noise (7-nV/√Hz), RRIO operational amplifier
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TI 具有 64KB FRAM、2KB SRAM、LCD、AES、12 位 ADC、比较器、DMA、UART/SPI/I2C 和计时器的 16MHz MCU
UC28023:电源管理
TI 经济型单端高速 PWM 控制器
LM5035C:电源管理
TI 具有集成半桥和 5V SyncFET 驱动输出的 PWM 控制器,具有增强的最大占空比
OPA2197:放大器
TI 双路 36V 精密轨到轨输入/输出、低失调电压运算放大器
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TI 具有 5V 输入电压范围的 12 位高速低功耗采样模数转换器
SN74HCT574:逻辑和电压转换
TI 具有三态输出的八路边沿触发式 D 型触发器
TUSB551:接口
TI 具有 1.8V 电源的 USB 3.0 单通道转接驱动器
MSP430F5132:微控制器 (MCU) 和处理器
TI 具有 8KB 闪存、1KB SRAM、10 位 ADC、比较器、DMA 和 16 位高分辨率计时器的 25MHz MCU
SN65HVD235:接口
TI 具有待机模式、自动波特环路的 3.3V CAN 收发器
SM320F2808-EP:微控制器 (MCU) 和处理器
TI 具有 100MHz 频率、128kB 闪存和 12 PWM 的 C2000 增强型产品 32 位 MCU
TPS610981:电源管理
TI 具有集成 LDO 的低输入电压、3.3V 输出电压、同步升压转换器
TPS2330:电源管理
TI 使能端低电平有效的 3V 至 13V 热插拔控制器
LMH1219:接口
TI 具有集成时钟恢复器的 12G SDI 自适应电缆均衡器
ADS7823:数据转换器
TI 12 位低功耗 I2C 串行采样模数转换器
TLC2274-HT:放大器
TI 高级 LinCMOS 轨到轨运算放大器
LP87524J-Q1:电源管理
TI 适用于 AWR 和 IWR MMIC 的多相 4MHz、4A/1.0V + 2.5A/1.8V + 1.5A/3.3V + 1.5A/1.2V 降压转换器
TS3USB3000:接口
TI DPDT USB 2.0 高速和移动高清链路 (MHL) (6.1GHz) 开关
SN54HC245:逻辑和电压转换
TI 具有三态输出的八路总线收发器
TI 带视频分离和 HDCP 的 2K DSI 转 FPD-Link III 桥接串行器
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