拆解：用于健康監護的TI ADS1298模擬前端

　　健康護理設備的先進(jìn)性著(zhù)實(shí)令人激動(dòng)。護理設備設計的改進(jìn)能將生命體征監護功能部署到運動(dòng)員和健身愛(ài)好者的手中，而更重要的是，新的病人監護設備可以提高舒適性，改善住院效果。

　　直到最近，生命體征監護系統的便攜性仍非常有限，因為它們體積和功耗都很大。因此臨床連續監護只能用于危重病人，60%至70%的病人只能定期監護。如果能夠實(shí)現可負擔的低功耗便攜式監護系統，病人的安全性、監護效果和舒適性都將得到顯著(zhù)提高。這些屬性還能將這種設備系列擴展使用到非醫院環(huán)境中的慢性病病人監護。

　　來(lái)自TI公司的芯片在這類(lèi)設備的演進(jìn)中扮演著(zhù)重要的角色。于2010年發(fā)布的ADS129x系列器件提供完整集成的模擬前端(AFE)功能，可用于病人監護、便攜式和高端心電圖(ECG)及腦電圖(EEG)設備。開(kāi)發(fā)這種集成電路的工程師隊伍必須平衡一些極具挑戰性的設計目標：每通道功耗小于750uW，噪聲符合IEC的ECG標準(10uVp-p輸入)，尺寸為8mmx8mm，以便支持便攜式和一次性ECG貼片應用，以及低成本。

　　讓我們仔細了解一下ADS129x系列器件的其中一員ADS1298，圖1就是該器件的裸片照片。ADS1298是針對ECG/EEG應用開(kāi)發(fā)的一款8通道、24位集成模擬前端。采用8mmx8mm的BGA封裝，裸片尺寸為6mmx5.6mm。經(jīng)過(guò)工程師的精心版圖設計，ADS1298集成了43個(gè)分立的IC功能，組合面積可達1800mm2。

　　圖1：TI的8通道、24位集成式模擬前端器件ADS1298的平面圖。在這個(gè)8mmx8mm的裸片上集成了43個(gè)獨立IC的功能。

　　因為這些應用中的輸入信號非常微弱，所以設計時(shí)需要特別留意輸入阻抗。差分輸入信號將經(jīng)過(guò)EMI濾波模塊和低噪聲的斬波穩定PGA消除1/f噪聲(也稱(chēng)為閃爍噪聲)。TI工程師在delta sigma(差和)轉換器基礎上為ADS129x系列設計了一種新的模數轉換器(ADC)內核。這種ADC特別敏感，功耗比競爭產(chǎn)品低3倍。另外還使用1.2V帶隙電路提供高精度的參考電壓(Vref)信號。

　　除了版圖方面的亮點(diǎn)外，我們還發(fā)現電氣隔離也是設計和處理的重點(diǎn)。設計中廣泛使用了去耦電容，用于實(shí)現電路模塊間的電氣隔離，而且還有三重勢阱結構實(shí)現完整的電氣隔離。

　　更深入了解

　　再深入一點(diǎn)，圖2顯示了ADS1298 的SEM橫截面。從圖中可以看出，ADS1298使用了魯棒性、高良率的0.35um 4層鋁Bi-CMOS工藝。Bi-CMOS工藝和低噪聲雙極放大器成就了ADS1298的低功耗和低噪聲性能。

　　圖2：TI ADS1298芯片的SEM橫截面圖，圖中顯示使用了成熟的、高良率且可靠的4層鋁0.35um工藝。

　　ADS129x系列被應用于Sotera Wireless公司的ViSi移動(dòng)病人監護儀，這種監護儀于2012年4月獲得了FDA的認證。Sotera Wireless公司的第一代系統是在醫院使用的連續生命體癥監護系統。這種系統很小，可佩戴在手腕上，包括3個(gè)傳感器：

　　光學(xué)拇指傳感器，用于測量脈搏和SpO2

　　胸部傳感器，用于測量ECG/HR、呼吸和皮膚溫度

　　護腕模塊，用于單次膨脹或自動(dòng)NIBP監護

　　圖3：Sotera的ViSi移動(dòng)系統充分發(fā)揮了ADS1298在腕載監護儀中的小體積和更低功耗優(yōu)勢(圖片來(lái)源：Sotera Wireless)

　　小尺寸提高了病人的舒適性和便攜性。系統的低成本能將連續監護的好處帶給更多的病人。正在開(kāi)發(fā)、還未得到FDA批準的版本包括更多功能，比如無(wú)線(xiàn)連接。Sotera Wireless公司首席技術(shù)官Jim Moon強調了ADS129x系列器件在他們設備開(kāi)發(fā)中的重要性：“用于病人監護的TI ADS1298R模擬前端使ViSi移動(dòng)病人監護儀的實(shí)現成為可能。它所提供的體積減小和功耗降低是空前的。”

　　醫療電子設計領(lǐng)域與消費電子共享許多工程技術(shù)挑戰，而且增加了很高可靠性的要求。像TI的ADS129x系列這樣的器件完全能夠應對這些挑戰，并且這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng )新非常值得期待。