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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3月26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
TUSB214:接口
TI 具有直流升压和集成式 CDP 的 USB 2.0 高速信号调节器
UCC3895:电源管理
TI 具有增强控制逻辑、温度范围为 0°C 至 70°C 的相移全桥控制器
LMZM23600:电源管理
TI 采用 3.8mm × 3mm 封装的 36V、0.5A 降压直流/直流电源模块
CD74HC574:逻辑和电压转换
TI 具有三态输出的高速 CMOS 逻辑八路正边沿触发式 D 型触发器
OPA695:放大器
TI 具有禁用功能的超宽带电流反馈运算放大器
CD74HCT374:逻辑和电压转换
TI 具有三态输出的高速 CMOS 逻辑八路正边沿触发式 D 型触发器
LMH0050:接口
TI 具有 LVDS 接口的 HD/SD/DVB-ASI SDI 串行器
MSP430F2491:微控制器 (MCU) 和处理器
TI 具有 60KB 闪存、2KB SRAM、比较器、I2C/SPI/UART 和硬件乘法器的 16MHz MCU
SN54ALS541:逻辑和电压转换
TI 具有三态输出的军用 8 通道 4.5V 至 5.5V 双极缓冲器
TPS61280D:电源管理
TI 具有直通模式和 I2C 控制接口的 2.3MHz、3A 同步升压转换器
TPA3111D1:音频
TI 支持无滤波器操作、具有 SpeakerGuard 的 10W 单声道、8V 至 26V 电源电压、模拟输入 D 类音频放大器
SN74ACT74-EP:逻辑和电压转换
TI 具有清零和预置端的增强型产品双路正边沿触发式 D 型触发器
SN74AUC2GU04:逻辑和电压转换
TI 2 通道、0.8V 至 2.7V 高速反相器
LM324KA:放大器
TI Quad, 30-V, 1.2-MHz, 3-mV offset voltage, improved ESD (2kV) operational amplifier
ISO7320-Q1:隔离
TI 汽车类低功耗、双通道、2/0、25Mbps 数字隔离器
TPS65631:电源管理
TI 双路输出有源矩阵有机发光二极管 (AMOLED) 显示屏电源
SN54ACT241:逻辑和电压转换
TI 具有 TTL 兼容型 CMOS 输入和三态输出的军用 8 通道 4.5V 至 5.5V 缓冲器
SN74LV125AT:逻辑和电压转换
TI 具有 TTL 兼容型 CMOS 输入和三态输出的 4 通道、4.5V 至 5.5V 缓冲器
TPS563209:电源管理
TI 采用 SOT-23 封装的 17V 输入、3A 同步降压稳压器
DAC7574:数据转换器
TI 带 I2C 接口的 12 位四路电压输出数模转换器
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